浅谈对地震持时的研究

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1地震动持时

取地震动持续时间为结构的5~10倍。70%能量持时理论，即地震动能量达到总能量的10%开始到总能量80%的时间作为地震动的持续时间。90%能量持时理论，即地震动能量达到总能量的5%开始到总能量95%的时间作为地震动的持续时间。从美国太平洋地震研究中心PEER数据库中选取8条地震动记录，使用SeismoSignal地震动处理软件，按上述三种方法计算出地震动持时。可看出，按70%能量持时方法确定的8条地震动平均持续时间最短，按90%能量方法持续时间最长，其中三种地震动持续时段均在交集。

2结构分析模型

按设防建筑烈度8度Ⅱ类第一组场地进行结构设计，结构前两阶周期为0.89s和0.85s。基于IDA的结构失效模式参照PKPM计算出的结构配筋，在有限元软件SAP2000中建立有限元模型，对8条地震动记录进行调幅后依次输入结构。按三种地震动持续时间作用于建筑结构，得到结构基于失效准则的IDA曲线。对IDA曲线按照最弱失效模式识别：在12s持时时，1号地震波（EICentro地震波）为最不利地震动；在70%能量持时和90%能量持时时，2号地震波（HollywoodStorageP.E.地震波）均为最不利地震动。由于70%能量持时和90%能量持时均是基于地震波能量的方法，所以IDA曲线较为相似，而12s持时作用得出的IDA曲线则有很大不同。在最不利地震作用下，结构的最弱失效信息对比，结构的最大层间位移角均达到了0.02，最不利地震波均为HollywoodStor-ageP.E.的70%、90%能量持时的最大地基剪力数值相近，但由于地震动记录作用的时段不同，最大顶点位移存在较大差别。

3结构最弱失效模式优化

在70%能量持时时，结构在HollywoodStorageP.E.波的14.64s失效；在90%能量持时时，结构在HollywoodStorageP.E.波的15.78s失效。其中计算时间段最短为70%能量持时。在三种持时中，第一、二层的梁构件均最先出现失效。12s持时作用下柱构件失效的前三个时间段里，失效柱位置为C11、C12、C13、C14、C43，70%能量持时时失效柱为C11、C12、C13、C14，90%能量持时时失效柱为C11、C12、C13、C14、C32、C33、C42、C43。虽然按70%能量持时和90%能量持时输入结构得到最不利地震动相同，但由于地震时段的不同，得到的结构失效路径发生了变化，所以结构优化的方式也不同。考虑结构设计成“强柱弱梁”机制，对建筑结构进行优化。按在12s持时作用的失效路径，将第一层柱配筋由12覫20增加到14覫20。按在70%能量持时作用的失效路径，将第一层两边柱配筋由12覫20增加到14覫20。按在90%能量持时作用的失效路径，将第一层柱配筋由12覫20增加到14覫20。按上述三种优化方法建立三个结构优化模型。在GB50011—2010《建筑抗震设计规范》中规定8度区罕遇地震下的时程分析加速度峰值为400cm/s2，为使具有可比性，将EICentro波的PGA调幅至400cm/s2依次输入三个结构模型，地震动作用时间设定为地震波整体的持续时间53.7s，比较结构优化后的抗震性能。罕遇地震作用下结构优化后各楼层的最大层间位移角比较，结构优化后响应性态的比较。优化后结构在地震作用下的各层最大层间位移角均减少。其中，由于按照“强柱弱梁”优化机制，12s持时和90%能量持时结构优化方法相同，所以地震作用下结构的各层最大层间位移角相同，并且优于按70%能持时的优化结构。通过上述地震持时确定到结构优化的过程发现以下特点：在三种地震持确定方法中，按70%能量持时进行IDA分析时的计算时间相对最短，按90%能量持时计算时间会相对较长。按70%能量持时和90%能量持时输入结构得到的最不利地震动相同。三种地震持时作用下的结构失效路径都可以判别出最弱失效框架柱。其中在相同的最不利地震动作用下，在90%能量持时的地震动记录时段作用下的结构失效路径中，出现的失效框架柱多于70%能量持时的路径，结构的失效模式更弱。按90%能量持时和按12s持时输入结构，基于IDA方法优化的结构抗震性能最佳，其中按12s持时得出的结果具有偶然性。

作者：唐月单位：安徽新华学院