4.2 设计反应谱和地震动输入
4.2 设计反应谱和地震动输入
4.2.1 当隔震结构的阻尼比为0.05时,地震影响系数应根据烈度、场地类别、特征周期和隔震结构自振周期按地震影响系数曲线(图4.2.1)确定,其水平地震影响系数最大值应按表4.2.1采用。
场地特征周期应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定执行,计算罕遇地震和极罕遇地震作用时,场地特征周期应分别增加0.05s和0.10s。
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4.2.1 考虑到隔震结构的变形和破坏形态与一般抗震的长周期建筑结构的区别很大,前者的安全性和可靠性高于后者,为促进隔震结构的推广应用,本标准的反应谱曲线依据中国地震局工程力学研究所对近一万组波的统计结果。
4.2.2 隔震结构自振周期、等效刚度和等效阻尼比,应根据隔震层中隔震装置及阻尼装置经试验所得滞回曲线对应不同地震烈度作用时的隔震层水平位移值计算,并应符合下列规定:
1 可按对应不同地震烈度作用时的设计反应谱进行迭代计算确定,也可采用时程分析法计算确定。
2 采用底部剪力法时,隔震层隔震橡胶支座水平剪切位移可按下述取值:设防地震作用时可取支座橡胶总厚度的100%,罕遇地震作用时可取支座橡胶总厚度的250%,极罕遇地震作用时可取支座橡胶总厚度的400%。
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4.2.2 采用底部剪力法时或进行隔震方案初步设计时,可用简化方法或近似方法计算隔震层的等效刚度和等效阻尼比。
4.2.3 当隔震构的阻尼比不等于0.05时,其水平地震影响系数a曲线应按地影响系数曲线(图4.2.1)确定,但形状参数和阻尼调整系数应按下列规定调整:
1 曲线下降段的衰减指数应按下式确定:
2 阻尼调整系数应按下式确定:
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4.2.3 采用简化计算时可仅取隔震层阻尼比计算,由于隔震结构高阶振型的阻尼比受隔震层集中阻尼的影响较小,因而与第一阶振型的阻尼比差别较大,应采用振型分解得到的各阶振型的阻尼比进行反应谱的相关计算。
4.2.4 隔震结构采用时程分析方法时,地震动加速度时程曲线的选择合成应符合下列规定:
1 地震动加速度时程曲线应符合设计反应谱和设计加速度峰值的基本规定,设计地震加速度最大值应按表4.2.4采用。
2 实际强震记录地震动加速度时程曲线应根据地震烈度、设计地震分组和场地类别进行选择,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。
3 人工模拟地震动加点速度时程曲线应考虑阻尼比和相位信息的影响。
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4.2.4 表4.2.4给出的设计地震动加速度峰值指的是加速度时程的有效峰值,以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到,为兼顾隔震周期附近谱值的要求,放大系数可根据地震波的差异性加以调整。根据《中国地震动参数区划图》GB 18306-2015,极罕遇地震动峰值加速度宜按基本地震动峰值加速度2.7倍~3.2倍确定。
?由于地震动的复杂性,在进行地震波的选取时宜兼顾地震环境、场地类别的相似性,不能仅考察地震波本身与目标反应谱数学意义上的兼容性。由于隔震结构的周期通常是变化的,需注意隔震层的非线性特征,及其在不同地震作用水准下所对应的等效自振周期的不同。应考察地震波反应谱和目标反应谱在设防地震和罕遇地震作用水准下主要振型周期点谱值的兼容性。主要振型周期点指的是地震作用方向上振型质量贡献累计达到90%以上的各阶振型所对应的周期点。
人工模拟加速度时程曲线和目标反应谱的差异不应过大。由于隔震结构的特殊性,其阻尼比的变化范围要大于常规结构,根据目前研究分析结果,按照5%阻尼比目标规范反应谱生成的人工波在20%阻尼比条件下的反应谱值要明显小于相应的目标规范反应谱值,相差幅度超过20%。以5%阻尼比目标规范反应谱生成的人工波基于时程分析方法计算得到的隔震结构的动力响应偏小。在进行隔震结构的时程分析时,应对此问题加以重视。
地震波的持续时间对于考虑累积损伤效应的结构体系具有重要的影响,另外,隔震结构的周期长,地震波持续时间过短会导致分析结果的不安全。输入的地震加速度时程曲线应包含有效持续时间,有效持续时间一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止;不论是实际的强震记录还是人工模拟波形,有效持续时间一般为隔震结构基本周期的(5~10)倍,即结构顶点的位移可按基本周期往复(5~10)次。
选择实际强震记录地震动加速度时程曲线以及合成人工模拟地震动加速度时程曲线时,应满足给定的设计反应谱的相关要求。所选取的多组地震动加速度时程曲线的平均地震影响系数曲线与设计反应谱的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主要振型周期点上的误差不大于20%。每条地震加速度时程曲线计算所得结构底部剪力,与振型分解反应谱法计算结果相比一般不会小于65%、大于135%;多条地震加速度时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值,与振型分解反应谱法计算结果相比一般不会小于80%、大于120%。
可采用目标反应谱配合实际强震记录地震动加速度时程曲线的相位谱合成,在可能的条件下尽量考虑不同地震烈度下持续时间的差异。
现有的人工模式地震动加速度合成方法是采用强度包线进行时域的强度调整,忽略了实际强震记录的频率非平稳特征,在考虑结构的非线性力学行为时,输入地震动的频率非平稳特征可能会对计算结果产生较大的影响。