淺談對地震持時的研究

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1地震動持時

取地震動持續(xù)時間為結構的5~10倍。70%能量持時理論，即地震動能量達到總能量的10%開始到總能量80%的時間作為地震動的持續(xù)時間。90%能量持時理論，即地震動能量達到總能量的5%開始到總能量95%的時間作為地震動的持續(xù)時間。從美國太平洋地震研究中心PEER數據庫中選取8條地震動記錄，使用SeismoSignal地震動處理軟件，按上述三種方法計算出地震動持時。可看出，按70%能量持時方法確定的8條地震動平均持續(xù)時間最短，按90%能量方法持續(xù)時間最長，其中三種地震動持續(xù)時段均在交集。

2結構分析模型

按設防建筑烈度8度Ⅱ類第一組場地進行結構設計，結構前兩階周期為0.89s和0.85s。基于IDA的結構失效模式參照PKPM計算出的結構配筋，在有限元軟件SAP2000中建立有限元模型，對8條地震動記錄進行調幅后依次輸入結構。按三種地震動持續(xù)時間作用于建筑結構，得到結構基于失效準則的IDA曲線。對IDA曲線按照最弱失效模式識別：在12s持時時，1號地震波（EICentro地震波）為最不利地震動；在70%能量持時和90%能量持時時，2號地震波（HollywoodStorageP.E.地震波）均為最不利地震動。由于70%能量持時和90%能量持時均是基于地震波能量的方法，所以IDA曲線較為相似，而12s持時作用得出的IDA曲線則有很大不同。在最不利地震作用下，結構的最弱失效信息對比，結構的最大層間位移角均達到了0.02，最不利地震波均為HollywoodStor-ageP.E.的70%、90%能量持時的最大地基剪力數值相近，但由于地震動記錄作用的時段不同，最大頂點位移存在較大差別。

3結構最弱失效模式優(yōu)化

在70%能量持時時，結構在HollywoodStorageP.E.波的14.64s失效；在90%能量持時時，結構在HollywoodStorageP.E.波的15.78s失效。其中計算時間段最短為70%能量持時。在三種持時中，第一、二層的梁構件均最先出現失效。12s持時作用下柱構件失效的前三個時間段里，失效柱位置為C11、C12、C13、C14、C43，70%能量持時時失效柱為C11、C12、C13、C14，90%能量持時時失效柱為C11、C12、C13、C14、C32、C33、C42、C43。雖然按70%能量持時和90%能量持時輸入結構得到最不利地震動相同，但由于地震時段的不同，得到的結構失效路徑發(fā)生了變化，所以結構優(yōu)化的方式也不同。考慮結構設計成“強柱弱梁”機制，對建筑結構進行優(yōu)化。按在12s持時作用的失效路徑，將第一層柱配筋由12覫20增加到14覫20。按在70%能量持時作用的失效路徑，將第一層兩邊柱配筋由12覫20增加到14覫20。按在90%能量持時作用的失效路徑，將第一層柱配筋由12覫20增加到14覫20。按上述三種優(yōu)化方法建立三個結構優(yōu)化模型。在GB50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》中規(guī)定8度區(qū)罕遇地震下的時程分析加速度峰值為400cm/s2，為使具有可比性，將EICentro波的PGA調幅至400cm/s2依次輸入三個結構模型，地震動作用時間設定為地震波整體的持續(xù)時間53.7s，比較結構優(yōu)化后的抗震性能。罕遇地震作用下結構優(yōu)化后各樓層的最大層間位移角比較，結構優(yōu)化后響應性態(tài)的比較。優(yōu)化后結構在地震作用下的各層最大層間位移角均減少。其中，由于按照“強柱弱梁”優(yōu)化機制，12s持時和90%能量持時結構優(yōu)化方法相同，所以地震作用下結構的各層最大層間位移角相同，并且優(yōu)于按70%能持時的優(yōu)化結構。通過上述地震持時確定到結構優(yōu)化的過程發(fā)現以下特點：在三種地震持確定方法中，按70%能量持時進行IDA分析時的計算時間相對最短，按90%能量持時計算時間會相對較長。按70%能量持時和90%能量持時輸入結構得到的最不利地震動相同。三種地震持時作用下的結構失效路徑都可以判別出最弱失效框架柱。其中在相同的最不利地震動作用下，在90%能量持時的地震動記錄時段作用下的結構失效路徑中，出現的失效框架柱多于70%能量持時的路徑，結構的失效模式更弱。按90%能量持時和按12s持時輸入結構，基于IDA方法優(yōu)化的結構抗震性能最佳，其中按12s持時得出的結果具有偶然性。

作者：唐月單位：安徽新華學院