时程分析中地震波输入位置的讨论
摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系，能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程，是抗震分析的一种重要方法[1]。
目前有限元软件可以实现结构的时程分析，但是在不同的软件中，其实现方式不同，主要区别在地震波的输入位置不同。
本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析，对比结构相同位置的时程位移曲线，结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中，结构的地震响应基本一致。
关键词：时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙
Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same.
Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls
一、引言
在时程分析等动力学问题中，地震力以加速度形式从基础固定处输入。
由于结构的刚度不是无限大，在结构上的加速度反应与基础输入的加速度并不相同。
在很多时候，结构的加速度比基础输入的加速度更大，即对输入的加速度有一个动力放大效应。
在单自由度弹性体系中，体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值，即称为动力系数[2]
（1）
动力系数与结构的动力学特性和输入的地震波的频率特性有关。
它与地震系数k的乘积即为单自由度体系的地震影响系数。
因此，从原理上讲，时程分析是将地震波的加速度时程曲线作用到结构的基础约束处，得到上部结构的各种地震反应。
但是在不同的软件中，其实现方
式是不一样的[3]。
在ANSYS和ADINA等软件中，地震波是加到所有质点上的，与处理重力的方法一样，只不过重力方向是向下，而地震荷载的方向是地震作用的相应方向；在MIDAS中，地震波是自动确定加在底部约束处的，确切的说是所定的地面的位置；在ABAQUS中，两种加载方式都是可行的。
本文通过在ABAQUS中分别采用两种不同的加载方式，来比较二者的结果是否一致。
二、有限元软件算例分析
1. 工程概况
天津市某钢筋混凝土剪力墙住宅楼，建筑面积3628.8，一梯三户。
建筑纵向长48.0m，横向长12.6m。
建筑层高3m，总高54.6m。
结构平面布置如图所示1所示。
图 1 结构平面布置图
2. 有限元模型的建立
ABAQUS分析模型如图1所示。
模型尺寸和实际结构尺寸一致，根据已有建筑图，绘制轴线图，导入ABAQUS。
楼板和墙体都采用S4R壳单元建模。
将楼面荷载折算为楼板的密度考虑，建立标准层Part，然后组装成整体，层与层之间采用tie约束。
在一层底部施加固端约束，楼板按弹性楼板考虑。
图2 结构模型图
图3 1940，El Centro Site，270Deg
图4 结点最大动位移时程曲线
3. 结果分析
以地震波El Centro (1940, El Centro)波为地震输入，地震波的时间—加速
度曲线如图3所示，对该结构进行弹性时程分析。
分别采用两种加载方式求得最大结点动位移和底部剪力的时程曲线，如图4、5所示。
地震作用下结构层最大位移、层间位移如表1及图6所示。
从图中可以看出两种加载方式得出的各项地震作用计算结果是基本一致的。
图5 底部剪力时程曲线
表1X向地震作用楼层位移
图6 楼层最大位移
三、结论
约束处加载的方法与实际情况一致，更容易理解。
但是由于约束处施加了加速度，约束结点的位移并不为零。
因此计算结构的结点位移反应时，需求其相对位移，即实际位移减去约束处位移。
另外，由于约束点是运动的，采用此加载方式时无法将地震作用与其他荷载同时施加到结构上。
要将地震作用与其他荷载同时施加到结构上，约束点或者基础是不能动的。
对于不动点，地震波是加不上去的。
但是根据惯性原理，整个上部结构的所有质点都同时感受到相同的地震波作用，所以，把地震加速度加到上部结构所有质点上同样可行。
参考文献
[1] 薛素铎，赵均，高向宇，建筑抗震设计，科学出版社，2003
[2] 李爱群，高振世，工程结构抗震设计，北京：中国建筑工业出版社，2005
[3] ，结构理论与工程实践中华钢结构论坛精华集，北京：中国计划出版社，2005
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。