第37卷第16期 2 0 1 1年6月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vo1.37 NO.16 Jun.2011 ・53・ 文章编号:1009-6825(201 1)16-0053—03 近断层速度脉冲地震作用下位移反应谱的研究 唐摘毅郭新华 刘飞飞 效应影响的等延性位移谱,并进行对比分析,然后得到了等延 要:以424条速度脉冲记录作为统计样本,得到了弹性位移谱和等延性位移谱,并建立了与阻尼比、场地类别相对应 的弹性位移谱的计算公式,分别计算了考虑及未考虑 性位移谱考虑P_△效应的修正公式,研究结果对近断层速度脉冲地震作用下结构的抗震设计具有很好的应用价值。 关键词:速度脉冲,基于位移的抗震设计,等延性位移谱,尸_△效应 中图分类号:TU973.31 文献标识码:A 1 概述 冲的关注和研究也越来越多。关于如何考虑近断层速度脉冲对 主要有两种方法:I)考虑速度脉冲对简单的单自由 近年来,几次地震中近断层地面运动都有明显的速度脉冲, 结构的影响,2)建立实际工程结构的 造成建筑结构严重的破坏。它的特点有:脉冲周期较长,有明显 度体系或多自由度体系地震反应的影响;输入实际的地震记录或数值模拟地震动,采用试验或数值 的峰值,较长的脉冲持时。Beaero等人较早地对这一问题进行了 模型,研究。国内外的地震学家、地震工程学家和工程师们对于速度脉 分析的方法来考虑速度脉冲对结构地震反应的影响。对于第2)种 减少车站纵向不均匀沉降而 线端头井内临时中柱凿除)、远期使用阶段(4号线盾构孔打开, 不小于P8。2)增加结构的纵向刚度,引起的纵向变形,从而达到减少车站结构有害裂缝的产生。3)车 附属通道全部打通形成大换乘厅结构)三个阶段。 根据三个阶段的计算结果分析,地下3层底板最大正弯矩为 站纵向设置诱导缝、施工缝及后浇带,以控制其结构裂缝无规则 2 300 kN・in,端墙最大正弯矩为1 300 kN・m。通过弯矩配筋及 出现;同时加强设缝位置及侧墙预留穿墙孔等处的防水构造措 真正做到缝的位置裂而不漏的要求。4)提高大体积混凝土的 抗剪计算,地下3层底板厚度采用1 4OO mm截面,端墙厚度采用 施,1 000 mm截面是合适的。 施工质量,加强施工养护,减少混凝土温差应力,增加结构抗裂强 度。5)有效控制车站主体与附属结构之间的差异沉降,减少结构 裂缝的产生。 6结构防水处理 本站结构防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、综 缝、施工缝等特殊部位进行多道处理。其控制标准见表1。 表1 混凝土结构防水标准及指标要求 车站部位 混凝土材料 合治理”的原则。以混凝土自防水为主、柔性防水层为辅,对变形 7结语 从某工程实例出发,对预留换乘节点的T形换乘车站的结构 设计进行了详细的论述,提出了可行的设计方案和技术措施,可 风道风井 (防水等 、车站主体、出入口通道(防水等级一级) 项板(粱) 侧墙 底板(粱) 中板 外侧 内侧 外侧 内侧 外侧 内侧 (梁)柱 C35,为以后类似工程的设计提供有益的借鉴。 参考文献: [1] 姚燕明,周顺华.支撑刚度及预加轴力对基坑变形和内力的 级二级) P8 C35.P8 C35.P8 C35 (柱C40) 影响[J].地下空间,2003(4):401—404. 顶、底板及 侧墙同车 站主体 允许裂缝宽度 O.2 0.3 0.2 0.3 0.2 O.3 受力钢筋保护 50 寰霹 mm 40 50 40 50 40 O.3 3O (柱40) [2] 王元湘.明挖结构使用阶段的受力分析[J].都市快轨交通, 2006,19(3):49-52. [3]DBJ 08.109.2004,城市轨道交通设计规范[s]. 不允许漏水, [4]TB 10002.1-2005,铁路桥涵设计基本规范[s]. [5] 王卫东,王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设 计、分析与实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2007. [6] 陈 星,罗赤宇.地下建筑逆作法与组合结构新技术工程应 用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007. 防水要求 不允许渗水,结构表面无湿渍 结构表面 无温渍 根据本站规模及结构特点,提出以下几点控制车站混凝土结 构裂缝产生的主要措施: 1)采用防水混凝土进行结构白防水,防水混凝土的抗渗等级 T—type change subway station structure design ZHAO Hong-bo Abstract:Taking the urban subway station line No.2 as the example,it describes the features of T—type change subway station structure design, nd eaxpounds the construction of he tsurrounding region between long-term sattion nd ashort—term station exit nd aentrnce.Ian view of the project structure,geology,and environment characteristics,it proposes speciifc and feasible design scheme and technical measureswhich has provided ,certain guidance for future similar project desin.g Key words:T—type change,subway station,structure design,environment protection 收稿日期:2011-02—18 作者简介:唐毅(1985-),男,硕士,湖北建科建设工程有限公司,湖北武汉430024 050000 郭新华(1984一),男,硕士,陕西天工建设有限公司,陕西西安710054 刘飞飞(1985-),男,硕士,中国核电工程有限公司河北分公司,河北石家庄.54. 爹 7l 荤 黉 山 西 建 筑 方法,国内外一些学者建立了钢筋混凝土框架模型和钢结构框架 文采用双线型恢复力模型计算等延性位移谱(见图1)。取第二 模型等。对于近断层地震动的特性,一些学者对脉冲产生的机理 刚度折减系数 =0.05。考虑延性 :2,4,6,8四种情况,自振周 进行了研究。过去认为在近断层地震动中短周期分量对结构(短 期从0.02 s~6 s取300个值。由于实际结构中广泛存在着 厶 周期或刚性)影响大,而在远场地震中长周期分量对结构(长周期 效应,P_△效应能够对结构产生较大的影响,尤其是非线性结 或柔性)影响大,现在看来近断层地面运动中长周期速度脉冲效 构;由于P._△效应能够使结构恢复力特性出现明显下降段,所以 应也是应当重视的。近年来,我国学者研究了近断层速度脉冲效 它能增加结构的非线性变形和永久变形,同时还会引起结构的失 应的影响,但未建立起符合我国抗震规范的位移谱。 稳。为了考虑P一△效应的影响,本文计算了考虑P.△效应 2速度脉冲地震作用下弹性位移谱 (0=0.05和0=0.1O)和未考虑P_△效应(0=0)影响的等延性 0为考虑P_△效应的刚度折减系数,这里用它表 目前基于性能抗震设计方法的研究主要用位移指标对结构 位移谱。其中,△效应的大小,0越大说明 △效应的影响越大。 的抗震性能进行控制,称为基于位移抗震设计方法(Displacem nt 征 L-Based Design,DBD)。基于位移的抗震设计是指在不同强度水准 的地震作用下,以结构的位移响应为目标设计结构和构件,使结 构达到预订的性能。在基于位移的抗震设计中,表示地震需求常 常采用位移谱。目前各国明确给出设计位移谱的有Eurocode8和 ATC-32。Bommer给出了标准位移谱设计曲线,认为完整的标准 设计位移谱应该包括上升段、平台段和下降及平稳段3个部分, 最终与峰值地面位移PGD一致。我国的GB 50011—2010建筑抗 震设计规范中,水平地震影响系数反应谱曲线周期取至6 S。本 O △ △ △。 图1双线型恢复力模型 文取至l0 s,则地震波的位移谱曲线只包括上升段和平台段。 本文计算了与各均值谱对应的标准差位移谱,与平均位移谱 根据得到的平均弹塑性位移反应谱,拟合公式如下: Sd=口I +blT+0.O1,0≤ ≤ 。 的形状相似,谱值的平均值高时,其标准差值相应就高,这意味着 谱值的变异系数值在整个周期段的变化是平缓的。因此,所得均 值谱曲线具有较好的统计特性。为便于工程上的应用,本文对不 同阻尼比情况下的位移谱进行拟合回归,拟合公式如下: Sd= ̄/(aT2+b),O≤ ≤T1。 Sd=叼(c +d),T。< ≤ 。 S = (13.8o2r ̄一81.619) 。094’r3 548 , < ≤ 。 Sd=Sd( ), < ≤10 s。 Sd=c1 +dlT+el’T1< ≤6 s。 n =(t。.・44一 ._ + ) + ; cl=一(2.606 1 "439 7 ̄LL一14.47 +14.733T1—3.212 4); 0 2 e700dl:(49.367T ̄一15.237)e ̄ff:O—.'—270 STI——; a=142.38砰一123.35 +45.16; b=一44.201砰+36.741 一6.74; 7’. el:(一8.270 1砰+7.22 一1.508 4)/z一3.185 71nTl一1.133 8。 本文以未考虑P_△效应的位移谱为标准谱,计算了不同延 c=17.865 一11.188,d=(10.637Tl+9.342 9) 。 1 2 r T< 性下0=0.05和0=0.10时的位移谱与标准谱的比值谱,然后将 所得到的比值曲线进行拟合,得到了考虑p_-△效应的修正公式。 通过分析可知0=0.10时, —△效应对结构的影响很大:随着结 为阻尼调整系数川 {.l +(olnn+T > 』) 。』一 =构延性系数的增大而增大;在 ≤ 时,随着结构周期的增加而 增加,当T> 时随着结构周期的增加而减小;随着I,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ 类场地的变化而减小。0=0.05时,P_ 效应影响较小;随着结 构延性系数的增大而增大;在 ≤0.2 s时随着结构周期的增加而 增加,当T>0.2 s时随着结构周期的增加而减小,考虑到实际结 构本文只考虑T>0.2 s时的情况。 考虑P__△效应影响的修正公式如下: 0=0.10时: 0.013 7 “66。 l +0018 7r.- .; =(一0.412 3 一0.134 3)hl 一1.240 9L+0.597 8; ) 一(0.280 5+ J 』 ==(49.2131n +40.793) lI1 +43.1 一26.286 +3.550 2; 卢:一(0.092 l+ ); 0.37 “。 其中, , , 取值与场地类别有关,见表1。 表1 不同场地 I类场地 7'l 0.32 0.54 6.18 ≤ 时,修正系数占=(0.084巧 S “ 。 一0.24巧 ) + 。 , 取值 Ⅱ类场地 Ⅲ类场地 Ⅳ类场地 O.42 O.52 0.64 0.76 0.9o 1.18 6.46 6.84 7.34 T> 时,修正系数6=(一0.008 9巧 0.042)T+ 』2 一0.036 + H0~86 3弹塑性位移谱 0=n05时,修正系数6=[(-0.1302 4T,-0.001)/.t-0.0 ̄Sr,+ +1.035。 结构最大弹塑性位移响应及变形成分的分布是评估结构在 0.014]T+0.01其中, , 取值与场地类别有关,见表1。 非线性状态下(可修、倒塌等极限状态)性能的主要指标之一,因 此求解结构地震弹塑性位移需求是实现性能设计的第一步,而弹 4结语 塑性位移反应谱的研究至关重要。滞回模型对弹塑性位移谱的 本文在对大量地震记录统计分析的基础上,得到了近断层速 并分别拟合了公 影响,国内外不少学者都研究过,其影响不是很大。为了方便,本 度脉冲地震作用下的弹性位移谱和等延性位移谱,第37卷第16期 2 0 1 1年6月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vo1.37 No.16 Jun.2011 ・55・ 文章编号:1009—6825(201 1)16-0055-02 一种提高结构屈曲特征值的优化方法研究 岳海玲 摘要:基于渐进结构优化的思想,通过引入屈曲特征值影响系数的概念,提出一种提高结构屈曲特征值的实用优化方 法,该方法可以在不改变总质量的前提下提高结构的屈曲特征值,并结合算例验证了该方法的有效性。 关键词:屈曲分析,影响系数,优化 中图分类号:TU313 文献标识码:A O 引言 文献[1]一[3]采用渐进优化算法研究了结构的特征值优化 方法,并对板结构及刚架结构进行了求解。该方法通过逐步改变 材料的分布达到结构在某个目标下的最优。优点是每一步都在 敏度的计算存在少许误差。如果结构的重力是主要荷载时,若某 个单元的某个实常量发生变化时,必然导致荷载的变化,若再用 上述方法计算可能会带来一定的精度偏差。 考虑上述因素,借鉴影响矩阵的方法,直接从导数的定义出 本文提出一种屈曲特征值影响系数的求解方法和优化思路。 当前结构下求解特征值的灵敏度系数,保证了灵敏度系数的有效 发,结构有限元模型中单元的总数为n,其第一类屈曲问题的第J 性。文献[4]针对于实际工程结构提出一种斜拉桥索力优化的影 阶特征值可以看成为单元面积 (i=1,2,…,n)的函数,可以表 响矩阵法。传统的渐进结构优化方法仅针对单元比较单一的结 示为如下形式: 构可行,较难适用于多种单元组合的结构。本文借鉴渐进优化方 法的思路,结合影响矩阵法,形成一种可针对复杂结构屈曲优化 实用的方法,该方法不受单元类型的。 在 其 池 条 件 不 1 屈曲特征值影响系数及求解方法的提出 文献[4]提出了一种斜拉桥的索力优化的影响系数矩阵方 ●●●● 、 ●● = 一一 II ;变 的 情 法。该方法是通过建立影响矩阵得到斜拉桥索力与其他各力学 物理量间的灵敏度关系,利用该灵敏度矩阵进行斜拉桥结构优 化。 改变微小量△A ,则结构的第一类屈曲的第 阶特征值将发生变 化。将这个变化量用 表示,则: =, 传统的渐进结构屈曲优化方法中,对于高次超静定结构,由 于单元的变化会导致内力重分布,进而影响到几何矩阵,而几何 矩阵的精确计算直接影响最终的结构稳定特征值的求解。故灵 Fj(Al,A2,…,A ,…,A )一Fj(Al,A2,…,(A 一△A ),…, ) (2) ~ ~ ~ 将 瞄 , 一 ~ ¨ 的 第 、,、 、, 、 I 后 . 式,为近断层速度脉冲地震作用下基于位移的抗震设计提供了基 [2] 邬鑫,朱唏.近断层地震的速度脉冲效应及简化冲击回 号 础数据。P一△效应对等延性位移谱的影响比较大,随着结构周 归公式的检验[J].北方交通大学学报,2003,27(1):36-39. 单 期的增加先是增加再减小,随着结构延性系数的增大而增大。为 [3] 李芳宝,朱唏.近断层具有脉冲地层运动的单自由度双线 元 定量表示P一_△效应对等延性位移谱的影响,给出了考虑尸—l△效 应影响的修正公式,可用于实际工程中。 参考文献: 的 性结构残余位移比谱[J].中国铁道科学,2007,28(3):49— 55. 面 积 [4] Ghobarah A..Response of Structures to Near—fault Ground Mo— tions,13WCEE,2∞I4. [1] 韦韬.近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构影响的研 究[D].北京:中国地震局地球物理研究所硕士学位论文, 2O05. [5] 徐福江,钱稼茹.常延性系数弹塑性位移谱及其应用『J].工 程力学,2007,24(6):15—20. Research on displacement response spectra under effect of velocity pulse earthquake at near-fault ground TANG Yi GUO Xin.hua LIU Flei.fei Abstract:Taking 424 pieces of the records of the velocity pulse as the statistical samplethe paper concludes the elastic displaeement spectra ,and the constant—ductility displacement spectra,establishes the calculation formula of the elastic displacement spectra which is consistent with the damping ratio and the field classiifcation,calculates the constant—ductility displacement spectra influenced by p—_△efiect which is c0nsidered and neglected,unde ̄akes the comparison and the analysis,concludes the modiifcation formula for the estimation of P—_△eⅡ_ect of the constant— ductility spectra,and results of the research show that the research has better application value for the anti.Seismic desiP of the structure under the effect of the velocity pulse eaahquake at near—fault ground. Key words: velocity pulse, anti—seismic design based on displacementconstant—ductility displacement spectra, P_△efiect , 收稿日期:2011—02.16 作者简介:岳海玲(1981一),女,硕士,助教,湖南工程职业技术学院土木工程系,湖南长沙410151