近场速度脉冲地震作用下菜市场结构响应分析

　　摘要:在PEER数据库选取断层距在20KM范围内具有速度脉冲效应和不具有速度脉冲效应的近场地震波3条分别作用于一个一榀钢筋混凝土框架结构，将计算所得一层与基础相对位移的响应峰值进行对比。结果表明：采用2条具有速度脉冲效应的近场地震波作用于一榀框架结构计算所得的顶层与基础相对位移分别是10.5mm,2.6mm;采用1条不具有速度脉冲效应的近场地震波作用于框架结构计算所得的一层与基础相对位移是1.5mm.

　　关键词：近场地震;速度脉冲

　　本文针对三层钢筋混凝土框架结构在含有高能量速度脉冲效应的地震作用下的响应，采用Abaqus有限元分析软件中的时程分析法进行模拟研究。

　　1. 模型建立

　　工程为一栋钢筋混凝土框架结构，实际建筑为菜市场，底部一层层高4.5m，上面两层层高3.9m，房屋结构高度为12.45m，抗震设防烈度为7度(0.2g)，Ⅱ类场地，抗震设防等级为三级，该结构混凝土采用C30，纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。根据菜市场的结构设计图纸，选取8轴对应的一榀平面框架，并将楼板等效T形梁的翼缘宽度，各梁柱截面尺寸及配筋见表1，单位：mm 混凝土模型采用Abaqus有限元分析软件中的混凝土塑性损伤模型，并采用实体单元C3D8R建模;钢筋笼模型采用桁架单元T3D2，该平面框架的有限元模型如图1

　　相互作用：采用嵌入区域

　　边界条件：在五根柱子底部约束X和Z方向的位移及转角，使结构在Y方向振动

　　表1 梁柱配筋图 图1 平面框架有限元模型

　　楼层 柱截面 梁截面 柱配筋 梁配筋

　　Kz1 kz2 kz1 kz2

　　1 400*400 450*450 300*500 1207 2225 1006

　　2 400*400 450*450 300*500 1207 2225 1112

　　3 400*400 450*450 300*500 2225 1006

　　2.地震波的选取

　　H1方向 H2方向 竖向

　　搜索序号 PGV PGA PGV/PGA PGV PGA PGV/PGA PGV PGA PGV/PGA

　　RSN1505 249.4 0.5 0.4 263.9 0.3 0.7 213 0.5 0.4

　　RSN179 39.6 0.4 0.08 80.3 0.3 0.2 16.8 0.2 0.05

　　RSN183 54.4 0.6 0.09 52 0.4 0.1 23.5 0.4 0.05

　　地震波数据来自PEER地震动数据库。按照我国建筑抗震设计规范(GB50011-2010)的规定选择Ⅱ类场地，且文献[1]-[2]指出断层距小于20KM，峰值地面运动速度大于40cm/s，峰值地面运动速度与峰值地面运动加速度的比值大于0.2，近场效应明显。选取其中具有明显速度脉冲的地震波数据2条和不具有速度脉冲效应的地震波数

　　据1条，见表2

　　表2 地震波数据

　　表2中前2条为具有速度脉冲效应的地震数据，后1条为不具有速度脉冲效应的地震数据，根据表2中所列数据选取这3条地震的H2方向数据。按照我国建筑抗震设计规范(GB50011-2010)，将这3条地震记录水平地震加速度峰值统一调整为0.3g，在五个柱子底部施加一直激励，限于篇幅，只给出这3条地震记录的速度时程曲线

　　3.结构非线性动力分析方法

　　根据D’Alembert原理，多自由度体系在地震作用下的运动方程为：[ M] {ü} + [ C] { } + [ K ] { u} =- [ M] {üg}

　　方程中üg表示地面运动加速度，是一个随时间变化的离散的量，质量矩阵和刚度矩阵也是随时间变化的，因此不可能求出解析解，只能通过数值分析方法来求解。在Abaqus中，当采用直接积分法求解弹塑性动力方程时分为隐式算法和显式算法，本文选择隐式动态分析方法，隐式动态分析方法原理是Newmark法，该方法将时间离散化，要求正在离散的时间点上满足运动方程，把时间划分为一系列微小时间段Δt , 在每个微小时间段内直接积分得出地震反应增量，以该步t+Δt 的终态值作为下一时间段的初始值, 这样逐步积分，即可得出结构在地震作用下振动反应的全过程[3]

　　4.结构地震响应

　　经计算，RSN1505地震和RSN179地震作用下，四跨三层钢筋混凝土平面框架结构的一层和基础的相对位移分别是10.5mm,2.6mm， RSN160地震作用下，四跨三层钢筋混凝土平面框架结构的一层和基础的相对位移是1.5mm.

　　结论：震中距同为20KM范围内，即近场区域，该菜市场建筑(钢筋混凝土一榀框架)在有速度脉冲效应的地震作用下一层层间侧移比无速度脉冲效应的地震作用下要大

　　RSN1505速度时程曲线 RSN179速度时程曲线 RSN183速度时程曲线

　　参考文献：

　　[1]Malhotra P K, Response of buildings to near-field pulse-like ground motion[J].Earthquake Engineering and Structure Dynamics 1999,28

　　[2]Arggard, B. T, Hall, J. F., Hall, Heaton, T. H. Charaterization of near source ground motions with earthquake simulations

　　[3]李桂萍,车伟 近场脉冲地震下混凝土框架结构特殊反应