近場(chǎng)速度脈沖地震作用下菜市場(chǎng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

劉冰 周默超

摘 要：在PEER數(shù)據(jù)庫(kù)選取斷層距在20KM范圍內(nèi)具有速度脈沖效應(yīng)和不具有速度脈沖效應(yīng)的近場(chǎng)地震波3條分別作用于一個(gè)一榀鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，將計(jì)算所得一層與基礎(chǔ)相對(duì)位移的響應(yīng)峰值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：采用2條具有速度脈沖效應(yīng)的近場(chǎng)地震波作用于一榀框架結(jié)構(gòu)計(jì)算所得的頂層與基礎(chǔ)相對(duì)位移分別是10.5mm，2.6mm；采用1條不具有速度脈沖效應(yīng)的近場(chǎng)地震波作用于框架結(jié)構(gòu)計(jì)算所得的一層與基礎(chǔ)相對(duì)位移是1.5mm.

關(guān)鍵詞：近場(chǎng)地震；速度脈沖；分析方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.214

0 引言

本文針對(duì)三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在含有高能量速度脈沖效應(yīng)的地震作用下的響應(yīng)，采用Abaqus有限元分析軟件中的時(shí)程分析法進(jìn)行模擬研究。

1 模型建立

工程為一棟鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，實(shí)際建筑為菜市場(chǎng)，底部一層層高4.5m，上面兩層層高3.9m，房屋結(jié)構(gòu)高度為12.45m，抗震設(shè)防烈度為7度（0.2g），Ⅱ類場(chǎng)地，抗震設(shè)防等級(jí)為三級(jí)，該結(jié)構(gòu)混凝土采用C30，縱筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。根據(jù)菜市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，選取8軸對(duì)應(yīng)的一榀平面框架，并將樓板等效T形梁的翼緣寬度，各梁柱截面尺寸及配筋見(jiàn)表1，單位：mm 混凝土模型采用Abaqus有限元分析軟件中的混凝土塑性損傷模型，并采用實(shí)體單元C3D8R建模；鋼筋籠模型采用桁架單元T3D2，該平面框架的有限元模型如圖1。

相互作用：采用嵌入?yún)^(qū)域 。邊界條件：在五根柱子底部約束X和Z方向的位移及轉(zhuǎn)角，使結(jié)構(gòu)在Y方向振動(dòng)。

2 地震波的選取

地震波數(shù)據(jù)來(lái)自PEER地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。按照我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）的規(guī)定選擇Ⅱ類場(chǎng)地，且文獻(xiàn)[1]-[2]指出斷層距小于20KM，峰值地面運(yùn)動(dòng)速度大于40cm/s，峰值地面運(yùn)動(dòng)速度與峰值地面運(yùn)動(dòng)加速度的比值大于0.2，近場(chǎng)效應(yīng)明顯。選取其中具有明顯速度脈沖的地震波數(shù)據(jù)2條和不具有速度脈沖效應(yīng)的地震波數(shù)據(jù)1條，見(jiàn)表2。

表2中前2條為具有速度脈沖效應(yīng)的地震數(shù)據(jù)，后1條為不具有速度脈沖效應(yīng)的地震數(shù)據(jù)，根據(jù)表2中所列數(shù)據(jù)選取這3條地震的H2方向數(shù)據(jù)。按照我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），將這3條地震記錄水平地震加速度峰值統(tǒng)一調(diào)整為0.3g，在五個(gè)柱子底部施加一直激勵(lì)，限于篇幅，只給出這3條地震記錄的速度時(shí)程曲線

3 結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力分析方法

根據(jù)DAlembert原理，多自由度體系在地震作用下的運(yùn)動(dòng)方程為：[ M] {ü} + [ C] {} + [ K ] { u} =- [ M] {üg}

方程中üg表示地面運(yùn)動(dòng)加速度，是一個(gè)隨時(shí)間變化的離散的量，質(zhì)量矩陣和剛度矩陣也是隨時(shí)間變化的，因此不可能求出解析解，只能通過(guò)數(shù)值分析方法來(lái)求解。在Abaqus中，當(dāng)采用直接積分法求解彈塑性動(dòng)力方程時(shí)分為隱式算法和顯式算法，本文選擇隱式動(dòng)態(tài)分析方法，隱式動(dòng)態(tài)分析方法原理是Newmark法，該方法將時(shí)間離散化，要求正在離散的時(shí)間點(diǎn)上滿足運(yùn)動(dòng)方程，把時(shí)間劃分為一系列微小時(shí)間段Δt ， 在每個(gè)微小時(shí)間段內(nèi)直接積分得出地震反應(yīng)增量，以該步t+Δt 的終態(tài)值作為下一時(shí)間段的初始值， 這樣逐步積分，即可得出結(jié)構(gòu)在地震作用下振動(dòng)反應(yīng)的全過(guò)程[3]。

4 結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

經(jīng)計(jì)算，RSN1505地震和RSN179地震作用下，四跨三層鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)的一層和基礎(chǔ)的相對(duì)位移分別是10.5mm，2.6mm， RSN160地震作用下，四跨三層鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)的一層和基礎(chǔ)的相對(duì)位移是1.5mm.

5 結(jié)論

震中距同為20KM范圍內(nèi)，即近場(chǎng)區(qū)域，該菜市場(chǎng)建筑（鋼筋混凝土一榀框架）在有速度脈沖效應(yīng)的地震作用下一層層間側(cè)移比無(wú)速度脈沖效應(yīng)的地震作用下要大。

參考文獻(xiàn)：

[1]Malhotra P K， Response of buildings to near-field pulse-like ground motion[J].Earthquake Engineering and Structure Dynamics 1999（28）.

[2]Arggard， B.T，Hall，J.F.，Hall， Heaton，T.H.Charaterization of near source ground motions with earthquake simulations

[3]李桂萍，車偉.近場(chǎng)脈沖地震下混凝土框架結(jié)構(gòu)特殊反應(yīng)[J].