地震反应分析：动力方法Structural Response Analysis:
Dynamic Methods
教师：李爽副教授
lleshuang@
2015年4月10日
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本章导读
•多维动力分析输入的一般处理方法
•多次动力分析结果的一般处理方法
•增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis Method，IDA)
•云图分析方法(Cloud Analysis Method)•结构地震模拟振动台试验基本步骤
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多维动力分析输入的一般处理方法•当结构采用三维空间模型等需要双向
（两个水平方向）或三向（两个水平一
个竖向）地震动输入时，其加速度峰值
可按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65
（竖向）的比例调整
•具体如何操作？
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多维动力分析输入的一般处理方法
（2）初步选择若干条地震动，将所选择地震动进行反应谱分析，并与设计反应谱绘制在一起
（3）计算结构振型参与质量达到XX %（如50%~90%）对应各周期点处的地震动谱值（或0.2T 1~1.5T 1）。
检查各周期处的包络值与设计反应谱值相差是否不超过20%。
如不满足，则回到第二步重新选择地震动
（4）将各地震动在主要周期点处各方向上的值，按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65（竖向）加权求和，按该求和值从小到大的顺序输入地震动（仅针对振动台试验，数值
计算不用分先后顺序，因为后者没有损伤）（1）根据研究对象所在场地类型和设
防烈度确定地震设计反应谱（加速度
反应谱）
多次动力分析结果的一般处理方法
•《规范》规定
特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值。
当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值
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•《规范》规定
采用时程分析法时，选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按下表采用。
弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%
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•《规范》规定
规定了计算罕遇地震下结构变形可以使用弹塑性时程分析法，但没有明确说明地震动的选取和调幅方法，这方面存在很多问题，是地震工程研究中的热点问题之一
•常采用的方法是使用与弹性分析相同的地震动输入。
这种方法方便，但是不是合理？
•三组包络和七组平均的方法（中国规范、美国IBC 规范、美国ASCE41和ASCE7-05等规范均采用此方法）并不保守，研究表明不同研究者可能得到完全相反的结论
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•目前，提出的地震动选择和调幅方法很多，但是并没有非常好的、被公认为万无一失的方法用于实际工程分析
•科学研究中经常使用大量的地震动进行计算，然后取平均值或中值，即增大样本数量获得更可靠结果的方法
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增量动力分析方法（IDA方法）常采用IDA方法可用于解决结构性态评估的以下问题，核心是获得结构地震反应和地震动强度参数之间的关系
•全面的给出结构性态反应量（反应，EDP）和地震动破坏势（参数，IM）之间的联系
•用于理解结构遭遇地震作用时，结构从轻微破坏至倒塌破坏的全过程
•随着IDA中地震动强度的提高，更好的认清结构固有特性的变化过程
•对整体结构在动力荷载作用下的动力抗震能力评估
•多条地震动的IDA曲线，可以较为定量评估结构在地震动作用下能力的稳定性和可靠性信息
增量动力分析方法（IDA方法）
增量动力分析方法（IDA方法）
左图为IDA曲线
IM？
DM？
Intensity Measure
Damage Measure
增量动力分析方法（IDA方法）
增量动力分析方法（IDA方法）
增量动力分析方法（IDA方法）
Ductility response of a T=1 s, elasto-plastic oscillator at multiple
levels of shaking.
增量动力分析方法（IDA方法）
Structural resurrection on the IDA curve of a T1=1.3 s, 3-storey steel moment-resisting frame with fracturing connections.
Earlier yielding in the stronger ground motion leads to a lower
absolute peak response.
能力和极限状态评价指标
基于DM基于IM
多条地震动记录的情况
为什么选Sa作为IM，其他参数呢？
PGA Sa
与Pushover方法相比，适用性更强（8层结构）
用于求层间屈服位移角（%）
•IDA方法是很有效的方法，但是也存在若干缺点（该方法也称为条带法，
）
Stripe Method
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增量动力分析方法（IDA方法）•优点：精确、通过调幅可以考虑非常小和非常大的地震动强度、可以考虑不同地震动强度下结构反应标准差的变化
•缺点：需要调幅地震动、计算量太大、对地震危险性的表达欠缺
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云图分析方法（Cloud方法）核心是获得结构地震反应和地震动强度参
数之间的关系，功能与IDA方法一样
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云图分析方法（Cloud方法）•优点：不需要调幅地震动、计算量适中、对地震危险性的表达有一定考虑•缺点：近似精确、不能很好考虑非常大的地震动强度、不能考虑不同地震动强度下结构反应标准差的变化
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结构振动台试验
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结构振动台试验（相似关系）
•比例模型常使用量纲分析方法确定相似常数，常用的结构动力模型相似常数如右表
1
2
3
4
5
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结构振动台试验（相似关系）•在上述相似条件中，并没有考虑尺寸效
应和加载速率对材料力学性能的影响，研究
表明：
（1）混凝土常采用150mm×150mm×150 mm的标准试件随着时间尺寸的减小，材料
强度将逐渐提高。
（2）随着荷载速率的增加，材料的强度和
刚度都相应的增加，特别是强度的增加比较
明显
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结构振动台试验（模型材料）
•微粒混凝土•细石混凝•水泥砂浆土•镀锌铁丝•钢筋
•紫铜
•钢
•有机玻璃
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结构振动台试验（模型设计和施工）•按需设计模型（按规范、按特殊要求、满足相似比）
•模型的平面尺寸，不超过振动台，底梁留有锚固孔
•模型吊装和锚固，振动台上有孔、吊点合力中心尽量与模型质心一致
•钢筋混凝土结构需要支模板，按层浇筑，下层达到一定强度后再浇筑上层，浇筑每层时
均需制作材料试块
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结构振动台试验（试验方案）•模型安装位置及方向，模型质心尽量位于振动台中心，尽量使模型的弱轴和振动台的强
轴重合
•传感器布置原则，按试验目的、按计算假定、按预期试验结果布置传感器。
传感器类型包
括加速度传感器、位移传感器、应变片、速
度传感器
•确定试验工况，输入白噪声+地震动若干组，确定每次输入峰值。
关于地震动的选择、调
幅和输入顺序的方法本章前述部分讲过
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结构振动台试验（试验准备）•模型主体竣工后，
一般要养护2-4周，视
当时的实验室温湿度
条件和混凝土情况而
定。
为更好的观察试
验现象，一般在在表
面粉刷石灰浆
•试验前进行的工作
包括右图所示
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结构振动台试验（试验数据处理）
•结构特性结果（频率、振型、阻尼）振动荷载方法、撞击荷载方法、地脉动方法（主谐量法、统计法、频谱分析法、功率谱分
析法等）
•结构反应结果（加速度、速度、位移）主要通过仪器记录或不同数据之间的转化得到，根据需要绘制图形
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The End
谢谢！
37。