地震作用与结构周期之间联系思考
从地震影响系数与结构周期的关系及底部剪力法来看,结构周期越长,在结构产生的地震作用就越小;但从振型分解法可只取前面数个振型来计算地震作用及振型是按结构周期从大到小排列来看,似乎给人的感觉又是结构周期越长,在结构产生的地震作用就越大.你如何看待?
重申一下反应谱意义,反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性(地震动过程不同成分频率含量的相对关系),是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”.
由地震加速度反应谱可计算单自由度体系水平地震作用:F=mSa(T),然而实际地震动无法预知,可谓千奇百怪,为了便于设计规范给出了加速度设计反应谱,该谱为地震系数(地震烈度与地面地震动加速度关系)与动力放大系数(结构最大加速度与地面最大加速度之比,正规化的反应谱)的乘积值,在特定的结构阻尼比下,依据场地、震中距将地震动分类,计算动力放大系数取平均后平滑处理即得设计反应谱.
底部剪力法是简化算法,针对地震反应可用第一振型(呈线性倒三角形)表征的结构,即地震影响系数与振型参与系数(其中的水平相对位移可用质点高度代替)假定只有一个,可对应于振型分解反应谱法中的第一振型.当两结构的基本周期不一致时,在“总质量一致”的条件下,周期大者地震影响系
数有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期大小),总水平地震剪力有减少的趋势,而各层处的水平地震作用不一定减小,除非结构满足“层高一致、质量分布一致”的条件.综上,底部剪力法是一种近似计算方法,两结构在总质量一致的条件下,周期大者总地震作用近似有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期范围),严格来讲未必,实际上规范的0.85与层质量、层高有关系.
相对于底部剪力法,振型分解反应谱法计算地震反应精度较高,将多自由度体系解耦为广义单自由度体系,实质上是按结构的振型将地震作用进行分解,求解分解地震作用下单位质量的反应,然后再依据振型规则将反应叠加为结构总反应.每一振型对应于一个振型周期,由于低振型>高振型,前振型周期所对应的地震影响系数(反应谱值)有减小的趋势,但每一振型下的各层的地震作用还与振型参与系数(反映了本振型在单位质量地震作用中所占的分量)、各层对应的振型向量值(取决于结构质量与刚度的分布)并不是所有层均是第一振型下值大)及本层质量有关.结构的总地震反应(注意是所有质点地震反应的代数和)以低阶振型反应为主,高阶振型反应对结构总地震反应的贡献较小,这一点毋庸置疑,振型各层地震作用具有方向性,总地震反应代数相加,低阶振型与0线交点要少于高阶振型,即同一结构下低阶总地震反应要大于高阶,即使反应谱值小,而各层地震作用则不一定,取决于质量与刚度的分布.
需要明确的几点:规范加速度设计反应谱曲线对应的是单自由度体系,不存在多质点质量和刚度分布的问题,比较地震作用要区分各质点地震作用和总地震作用、不同结构的地震作用与同一结构不同振型对应的地震作用,振型贡献针对的是总地震作用,反应谱反映的是地震动特性,不反映具体的结构特性(不同的阻尼比结构反应谱会不同),地震影响系数是确定阻尼比下的设计反应谱曲线.。