知識點——時程分析法

在《抗震規範》中常出現振型分解反應譜法和時程分析法兩個名詞。為便於理解這些概念,現對時程分析法做簡單介紹。


1、任意特定荷載作用時的解答


知識點——時程分析法

2、時程分析法


下圖為一地震的加速度時程曲線,顯然這個曲線很難用一個函數去表達,既然沒有函數來表達,也就無法帶入式(2)進行積分,可見杜哈梅積分無法處理地震荷載問題。那麼對於地震這種隨機作用採用什麼方法處理呢?時程分析法就是其中的一種方法。


知識點——時程分析法

圖1 加速度時程曲線

常用時程分析法有分段解析法、中心差分法。線性加速度法、newmark-β法等,其分析的問題的基本思路大致相似,採用時域逐步積分的方法。下面以中心差分法為例簡單說一下時程分析法的基本原理。


知識點——時程分析法

式(4)就是中心差分法差分格式,當假定ui和u

i-1的位移時,就可求出ui+1的位移。顯然,時程分析法就是將連續的地震問題,轉化為以時間為單元,逐個時刻進行計算的問題。


3、討論


從上面的過程可以看出,時程分析法可以求解某一個特定的地震(或者叫給定的地震)作用時,結構的響應。從抗震設防的角度來講,設計時,並不知道將來發生地震的加速度時程曲線(圖1),所以採用這種方法時,輸入到計算機的加速度時程曲線通常要麼是人工模擬的時程曲線,要麼是已經發生過的被記錄的時程曲線

不難看出,時程分析法缺陷很明顯,一方面,分析時一共選取多少條時程曲線合適?人工模擬多少條?實際發生的時程曲線多少條?另一方面,在眾多的時程曲線裡面,對於一個工程,選擇哪幾條時程曲線進行分析。簡言之,

時程曲線的數量和特徵怎麼選擇,依據是什麼,人為因素太大,可靠度沒辦法得到保障。所以在《抗震規範》中時程分析法是作為振型分解反應譜法的補充計算,並給出了一些列詳細的限制要求,目的是給設計人員一些參考的依據。

下圖為《抗震規範》5.1.2條,其中第三款對時程分析法進行了限制要求。大家可自行閱讀下。


知識點——時程分析法

鑑於目的是為了註冊考試,故以介紹為主,詳細的過程推薦參考《結構動力學》(劉晶波、杜修力主編)。


上述僅代表個人觀點,鑑於水平有限,如有不足之處,還請大家多提寶貴意見。


土木系小鬍子

2020.2.23


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