[地震][结构] 双向地震作用效应,【先振型组合,再方向组合】及【先方向组合再方向组合】的差异?(实际案例测算)

实干、实践、积累、思考、创新。 近日许多公众号分享了王亚勇大师提出的双向地震作用算法,许多群都进行了讨论。抱着好奇心,趁热打铁,这里也对这块内容做个测算研究。振型分解反应谱法,在计算双向地震作用时,涉及振型组合及方向组合。对于双向地震作用效应,我们是先振型组合,再方向组合?还是先方向组合,再振型组合?不同的组合顺序对结果有什么影响?以下通过算例做些探索。 1.1 测算目的 (1)了解振型分解反应谱法双向地震作用计算时,【先振型组合、再方向组合】与【先方向组合,再振型组合】的差异。先振型组合、再方向组合的结果大,还是先方向组合,再振型组合的结果大。 (2)测算王大师提出的双向地震作用计算方法与目前规范的双向地震作用计算方法的差异。这里贴一下王大师提出的算法的公式。原文见: 1.2 测算说明 (1)振型组合方式主要有SRSS方法、CQC方法和ABS法等。本文测算时,不管是【先振型组合、再方向组合】还是【先方向组合,再振型组合】,振型组合统一按CQC组合,这也是规范建议的方法。 (2)对于方向组合,考虑两种情况进行测算,分别是SRSS组合及ABS组合。对于SRSS及ABS组合,次方向的效应折减均取0.85。则,王大师建议的方法即,先方向组合,后振型组合,且方向组合采用ABS组合的方法。规范方法为,先振型租后,后方向组合,且方向组合采用SRSS组合的方法。 (3)测算的效应。由于王大师的ppt对新旧方法构件层次的内力响效应给出了较多例子。这里主要测算结构的宏观效应:楼层剪力及扭矩(累积扭矩)。结构的楼层剪力及累积扭矩值也是一种效应。 (4)测算的算法 假定,Sj(x),Sj(y)分别为X向及Y向单向地震作用下振型分解反应谱法获得的结构的地震效效应。对于本文的测算,指的是结构的楼层剪力或累积扭矩。 A.对于先振型组合,后方向组合,方向组合采用SRSS组合的验算过程: Step1:进行CQC振型组合,获得的两个方向地震作用振型组合后的效应S(x)及S(y) 其中, Step2: 进行SRSS方向组合,获得的X向为主方向及Y向为主方向的地震作用效应S(EX0.85EY)及S(EY0.85EX)。其中S(EX0.85EY) = sqrt( S(x)*S(x)+0.85*0.85*S(y)*S(y)) B.对于先方向组合,后振型组合,方向组合采用SRSS组合的验算过程: Step1:先进行SRSS方向组合,X方向为主方向的地震效应为Sjmx =sqrt( Sj(x)*Sj(x)+0.85*0.85*Sj(y)*Sj(y));Y方向为主方向的地震效应为Sjmy =sqrt(0.85*0.85* Sj(x)*Sj(x)+Sj(y)*Sj(y)) Step2:分别对Sjmx 及Sjmy 进行CQC振型组合,获得的X向为主方向及Y向为主方向的地震作用效应,同样命名为S(EX0.85EY)及S(EY0.85EX),其中, …

[抗震设计] 如何有效考虑结构在地震作用下的“扭转影响”?!

实干、实践、积累、思考、创新。 如何有效考虑结构地震作用下的“扭转影响”? 该问题源自一位同行提出的疑问:《高规》4.3.2条第2款和《抗规》5.1.1条第3款均指出,对于质量和刚度明显不对称的结构,应计入双向地震作用下的扭转影响;其他情况则可仅考虑单向地震作用下的扭转效应。那么,所谓“计入扭转影响”或“考虑扭转影响”具体指什么?我们在日常电算设计中是否已经考虑了扭转?常规的单向地震作用计算是否已包含扭转效应? 这一问题引申出更深入的思考:在实际工程设计中,应如何有效考虑地震作用下的结构“扭转影响”? 【规范条文】 先引用相关规范条文。《高规》4.3.2条明确规定:“质量与刚度分布明显不对称的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响。” 以下尝试对该问题进行回答。就目前广泛采用的振型分解反应谱法而言,结构“扭转效应”能否被有效考虑,主要涉及以下四个方面: (1)模态分析 当前主流的空间有限元分析软件在单元刚度中已包含扭转刚度。若采用集中质量模型,模态分析中会包含扭转分量;若采用非集中质量模型,则自然可以考虑结构的空间效应,包括扭转效应。但如果仅采用每层一个质量点的简化模型(即仅一个动力自由度),则无法合理反映扭转影响,后续计算也将失去意义。 (2)振型参与系数(地震作用标准值计算层面) 在使用集中质量模型(每层包含两个平移质量和一扭转惯量)且考虑扭转效应时,地震作用标准值计算中所采用的振型参与系数应包含扭转角分量。具体可参见规范中的相关公式。 (3)振型组合 目前振型组合普遍采用CQC法,SRSS方法已较少使用。CQC法能够考虑振型间的耦合效应,尤其适用于平动与扭转振型相互影响的情况。它不仅考虑扭转振型对平动振型的贡献,也计及平动振型对扭转振型的影响。需要注意的是,CQC法并非必须与扭转耦联的模态分析绑定使用,但其优势在扭转明显的结构中尤为突出。 (4)双向地震作用 一般认为,扭转效应在双向地震作用下更容易被激发。因此规范要求对质量和刚度明显不对称的结构考虑双向地震作用。在振型分解反应谱法中,双向地震作用的体现主要是通过方向组合实现的。需要注意的是,是否考虑扭转与是否采用双向地震并无必然联系。 综上所述,若要在振型分解反应谱法中有效考虑扭转效应,应满足以下条件:模态分析需能够反映扭转(例如每层至少设置两个平移自由度和一扭转自由度,或采用非集中质量模型);振型参与系数应包含扭转分量;振型组合推荐采用CQC法。在此基础之上,可根据规范要求决定是否考虑双向地震作用。 若模态分析未能考虑扭转,即便振型组合采用CQC或要求双向地震作用,扭转效应仍无法被充分捕捉。反之,若模态分析已合理反映扭转,但振型参与系数未考虑扭转或振型组合仍使用SRSS方法,扭转效应同样难以准确体现。这也解释了为何在《高规》中,扭转耦联振型分解反应谱法(4.3.10条)常与CQC组合及双向地震共同提出,而不考虑扭转耦联的反应谱法(4.3.9条)则仅建议SRSS组合,且未强调双向地震作用。 补充说明:可以狭义地认为,按《高规》4.3.10条进行计算即视为考虑了扭转影响,而按4.3.9条计算则未考虑扭转影响。以上讨论基于振型分解反应谱法。若从计算真实性角度出发,动力时程分析仍是反映结构扭转特性的最准确方法。 相关内容(Related Topics) [00] [YJK][结构设计] 关于各类“刚度比”软件电算结果的详尽复核总结 [01] [抗震设计][结构规范] 规定水平力、倾覆弯矩、振型组合等电算结果的复核总结 [02] [抗震设计][结构规范] 如何有效考虑结构在地震作用下的“扭转影响”?! [03] [抗震][结构设计] 规范的各种刚度比”Ratx,Ratx1,Ratx2,RJX1,RJX3″及嵌固层 …