簡(jiǎn)介

   傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析是基于一致地震激勵(lì)，只考慮地面運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化特征，認(rèn)為結(jié)構(gòu)各支承處的地震動(dòng)是完全相同的。而實(shí)際上地震波在傳播過程中受到行波效應(yīng)以及非均勻地形等地質(zhì)條件的影響，場(chǎng)地各點(diǎn)的地震波動(dòng)存在明顯差異。

   由于傳播路徑的不同，地震波從震源傳至兩測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差異導(dǎo)致相干性的降低，稱為行波效應(yīng)。

    因此以一致激勵(lì)對(duì)超長(zhǎng)大跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)顯然是不夠精確的，需要進(jìn)行多點(diǎn)激勵(lì)地震響應(yīng)分析。對(duì)于多數(shù)結(jié)構(gòu)地震分析來(lái)說，使用地面加速度作為基底輸入是可能的，而且產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移是相對(duì)于絕對(duì)地面位移的。在多支座輸入運(yùn)動(dòng)的情況下，必須以不同支座處的絕對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的形式來(lái)表達(dá)該問題。

    根據(jù)國(guó)內(nèi)外目前對(duì)于多點(diǎn)輸入地震反應(yīng)分析的研究，得到的一致結(jié)論是：一致地震動(dòng)激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)是高于或低于多點(diǎn)輸入激勵(lì)下的響應(yīng)，取決于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、截面形式位置、反應(yīng)類型以及地震動(dòng)變異性的大小等。

    即使是最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式也無(wú)法確定何種激勵(lì)會(huì)引起最大的響應(yīng)。因此實(shí)際計(jì)算時(shí)只能針對(duì)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析。通常情況下，應(yīng)當(dāng)對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)輸入地震反應(yīng)分析，這樣做可以使超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算更加安全合理。

（1）地震波從震源傳播到兩個(gè)不同測(cè)點(diǎn)時(shí)傳播介質(zhì)的非均一性效應(yīng)。

（2）由于傳播路徑的不同，導(dǎo)致兩測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差的行波效應(yīng)。

（3）由于兩測(cè)點(diǎn)到震源的距離差異導(dǎo)致相干性的降低的衰減效應(yīng)。

（4）由于兩測(cè)點(diǎn)處表層土局部場(chǎng)地條件的差異，在傳播的過程中，使兩測(cè)點(diǎn)的地震動(dòng)相干性降低的局部場(chǎng)地效應(yīng)。

    由于建筑規(guī)模所限，衰減效應(yīng)影響較小，通常情況下可不考慮。根據(jù)以往的研究成果，相對(duì)于一致地面運(yùn)動(dòng)而言，考慮行波效應(yīng)產(chǎn)生的計(jì)算修正占主導(dǎo)地位，而考慮激勵(lì)點(diǎn)間相干性部分損失（非均一性效應(yīng)，局部場(chǎng)地效應(yīng)）產(chǎn)生的計(jì)算修正則小得多，而且多半是略微縮小行波效應(yīng)的修正量的。

   目前在進(jìn)行多點(diǎn)輸入地震反應(yīng)分析時(shí)，時(shí)程分析法、隨機(jī)振動(dòng)分析法和反應(yīng)譜方法均有所涉及，并有其各自的優(yōu)勢(shì)和不足。

    時(shí)程分析方法雖可以考慮地震波的振幅特性、頻譜特性，同時(shí)可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性。但由于為了體現(xiàn)地震荷載的隨機(jī)性，必須采用多組時(shí)程進(jìn)行分析，工作量較大。

    隨機(jī)振動(dòng)分析方法是在支承點(diǎn)上輸入地震動(dòng)的自譜密度和互譜密度，由已知輸入的功率譜求解輸出的功率譜。但其依然存在巨大的計(jì)算量，并且目前還未達(dá)到完全實(shí)用的程度。

    對(duì)于多點(diǎn)輸入問題，由于目前長(zhǎng)周期反應(yīng)譜方面存在的問題，加上地面運(yùn)動(dòng)時(shí)空變化特征難以模擬等因素，反應(yīng)譜方法的精度難以得到保證。

    對(duì)于多支座的時(shí)程分析，采用位移加載還是加速度加載制度呢？分析過程我們?cè)撟⒁馐裁茨兀?/p>

    在多支座的地震輸入分析中，由于采用位移荷載與加速度荷載明顯不同。可使用位移荷載的地震分析，但采用位移荷載激發(fā)大量的振型。

    一方面由于加速度在一個(gè)時(shí)間增量中是線性函數(shù)，而且通常平衡方程的解是精確的解。另一方面，源自線性加速度函數(shù)的位移在每個(gè)時(shí)間增量中是一個(gè)三次函數(shù)。因此，需要一個(gè)較小的時(shí)間增量，或必須使用一個(gè)更高階的求解方法，建議采用絕對(duì)位移的加載模式。

    相對(duì)位移公式中的荷載空間分布是與質(zhì)量直接成比例的，通常我們用90%的模態(tài)質(zhì)量參與法則可用來(lái)確保結(jié)果是準(zhǔn)確的。然而，在基底位移輸入的情況下，模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)不能用來(lái)估算可能的誤差。對(duì)于絕對(duì)位移荷載，集中力應(yīng)用在結(jié)構(gòu)固定基礎(chǔ)附近的結(jié)點(diǎn)上。這樣將激發(fā)出很多高頻振型，所以需要引入可替代的誤差估計(jì)，這樣的做法是需要大量的振型數(shù)量，因此對(duì)于位移荷載的多點(diǎn)激勵(lì)不建議采用振型疊加法進(jìn)行分析，此時(shí)振型疊加法的振型截取可能會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)力的較大誤差。

    對(duì)于相同的阻尼比，當(dāng)指定位移輸入時(shí)，與高頻響應(yīng)相關(guān)的有效阻尼比較大。并且，如果使用質(zhì)量比例阻尼，將會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的剛體運(yùn)動(dòng)而引入額外的阻尼。因此，如果加速度與位移分析使用相同的阻尼，將獲得不同的結(jié)果。

    換句話說，目前廣泛使用的經(jīng)典阻尼與Rayleigh阻尼所包含的質(zhì)量比例阻尼在多點(diǎn)激勵(lì)的物理意義上是不可能的。因此，如果要用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)程序精確模擬承受位移荷載實(shí)際結(jié)構(gòu)的真實(shí)動(dòng)力性能，必須開發(fā)新的能量損耗數(shù)學(xué)模型。

概念為先，機(jī)理為本，請(qǐng)看下篇！

建源之光——工程俠