常用的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法有震度法和動態(tài)分析法兩種,動態(tài)分析法中又包括反應(yīng)譜法和時程分析法。
動態(tài)分析法比震度法有了較大的改進,它同時考慮了地面運動和結(jié)構(gòu)的動力特性。其中反應(yīng)譜方法中一個重要概念是動力放大系數(shù),或稱標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜。其定義為:
β(ω,ξ)=|U+Ug|maxUg,max
式中,右端項的分子為單質(zhì)點體系動力反應(yīng)的絕對加速度反應(yīng),分母為地面加速度反應(yīng)的峰值。
應(yīng)用反應(yīng)譜計算結(jié)構(gòu)地震反應(yīng),首先要計算結(jié)構(gòu)的動力特性和各階振型參與系數(shù),然后按各階振型對某項反應(yīng)的貢獻程度進行線性疊加,得到這項反應(yīng)的最大值。我國震規(guī)中的驗算方法就是建立在反應(yīng)譜理論的基礎(chǔ)上的,但反應(yīng)譜理論在大跨度橋梁抗震驗算上的應(yīng)用還存在一些問題,如震規(guī)中加速度反應(yīng)譜,或橋址場地設(shè)計加速度反應(yīng)譜的適用范圍大都在5s以內(nèi),而大跨度橋梁是長周期結(jié)構(gòu),它們的基本周期大都大于5s,在長周期范圍動力放大系數(shù)β的取值對大跨度橋梁的地震反應(yīng)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。項海帆教授早在八十年代初就對公路工程抗震設(shè)計規(guī)范中的反應(yīng)譜提出了長周期部分的修正意見,王君杰副教授也提出了長周期地震反應(yīng)譜的取值和規(guī)范化應(yīng)以強震記錄位移反應(yīng)譜的統(tǒng)計結(jié)果為依據(jù)的觀點,并以此為基礎(chǔ)提出了對當(dāng)前公路工程抗震設(shè)計規(guī)范中的反應(yīng)譜的長周期部分的修正和補充方法,增加了表達長周期地震反應(yīng)譜特性的參數(shù);其次大跨度橋梁地震反應(yīng)組合中,如何考慮地震動的空間變化也是一個需要考慮的問題,因為對于大跨度橋梁,地震動的空間變化效應(yīng)是不可忽略的。另一個在大跨度橋梁抗震分析中需要解決的問題,就是在多分量地震動作用下振型組合問題,目前常用的組合方法有SUM法(最大值絕對值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平穩(wěn)隨機振動理論導(dǎo)出的完全二次組合法)等。由于CQC方法計入了振型間的相關(guān)性,較好地考慮了密集振型間的強耦合性,而大跨度橋梁的動力特性具有自振周期長、頻率密集和阻尼較小的特點,因此CQC方法對大跨度橋梁的地震反應(yīng)分析更為適用。除此以外,在反應(yīng)譜分析中給出的反應(yīng)值基本上還是彈性反應(yīng),不能做到真正的非線性分析。總之,反應(yīng)譜方法在大跨度橋梁的方案設(shè)計階段,對結(jié)構(gòu)的抗震性能進行粗略的評估還是可行的,但是對于重要結(jié)構(gòu)或大跨度橋梁的地震反應(yīng)分析則應(yīng)進行專題研究。
一個很重要的步驟,就是在橋址地震危險性分析的基礎(chǔ)上,進行結(jié)構(gòu)的時程反應(yīng)分析,這在大多數(shù)工程抗震設(shè)計規(guī)范中都提出了這一要求。時程分析法與反應(yīng)譜法相比具有能進行結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析、考慮復(fù)雜場地的非一致激勵影響、能給出任意截面(或結(jié)點)的任意一種反應(yīng)的時間歷程等特點,而這些方面在大跨度橋梁地震反應(yīng)分析中是必須考慮的。但在進行時程分析時也應(yīng)該注意到地震波選用的隨機性,因為地震是一個隨機事件,它發(fā)生的時間、空間、強度、頻譜成分、波形等等都是不確定的。而時程分析法還是一個確定性分析法,它是根據(jù)地震危險性分析中的人工地震波作為分析依據(jù)。所以,為了提高分析結(jié)果的可靠性,一般要求在同一鉆孔位置給出一組(一般3~5條)地震波,然后取各條地震波反應(yīng)的最大值。
用動力可靠度理論進行結(jié)構(gòu)在風(fēng)載、地震荷載作用下的安全性評估也是近年來各國學(xué)者研究的熱點。它以概率的形式來評價結(jié)構(gòu)的安全程度,與確定性分析方法相比又前進了一步,它的研究說明人們在地震對結(jié)構(gòu)的作用以及如何確保結(jié)構(gòu)的安全、功能和經(jīng)濟方面的認識正在逐步提高。
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