再生混凝土框架动力时程分析

方明

方明（安徽三建工程有限公司230009.）

摘要：目前对再生混凝土梁的研究开展的较为广泛，包括再生混凝土梁的受弯性能，受剪性能，受扭性能等性能的分析。为了可以更加清楚地认识再生混凝土框架体系在地震作用下反应机理，本文章拟在动力试验研究的基础上，运用SAP2000有限元计算软件对再生混凝土框架进了动力时程分析。了解试验框架在输入地址波作用下的动力反应过程。并和试验所得出的结果进行对比分析，为今后再生混凝土框架动力性能研究提供参考依据。

关键词:再生混凝土；有限元；时程分析

1地震反应时程分析法

K.Ishin等人研究了再生混凝土梁的受弯性能，试验发现与普通混凝土相比，再生混凝土梁的承载能力并不低，但是再生混凝土梁的裂缝开展较普通混凝土梁略宽[1]。Andrzej等人完成了4组共12根再生混凝土梁的受弯试验。试验结果表明同一组梁试件的性能差异很小；高强度的再生混凝土梁抗弯承载力的变异性比中低强度再生混凝土梁的小；与普通混凝土相比再生混凝土梁的挠度要大一些[2]。

动力时程分析法被称之为直接动力法，是根据结构动力方程进行积分，得出的在地震力的作用下结构的反应随着时间变化的时程曲线。它能够获知结构在任意时刻的地震反应。

在用动力时程分析的方法分析结构的地震反应之前，必须输入地震加速度时程曲线。然而地震作用是一个随机过程，其具有偶然性和不稳定性，受到诸多因素的影响，如不同场地条件下，地震作用所获得的反应加速度时程曲线的是不同的。影响地震动的主要因素有三个：即振幅、持续时间和频谱成分。一般情况下，有三种地震记录可供进行结构动力时程分析:：1可供参考的强震记录2拟建场地实际地震记录；3人工输入地震波。很明显，最为理想的选择是第二种地震波，但是拟建场地实际地震记录获取相当困难，在现实中难以实行，所以用典型的强震记录作为地震波进行输入是目前常采用的行之有效的方法。人工模拟的加速度时程曲线常常也被用来弥补天然地震记录的不足。

2SAP2000简介[3]

由于工程结构变得日益复杂以及计算机软件技术的不断发展，现代结构工程的设计和计算在很大程度上需要依靠相关软件支持，有限元软件已经成为结构分析中最重要的工具之一。

SAP2000是美国(CSI)公司经过多年的开发研究，最终形成的一个较为通用的结构分析与设计计算软件。迄今为止，SAP2000经过四十多年的发展历程，已经成为全球所公认的可靠的有限元分析软件，在世界上的各个国家享有良好的声誉。SAP2000作为集成化的结构分析软件，其本质是基于对象的非线性有限元程序[4]，SAP2000可以模拟各种系统、装置、结构，并进行线性、非线性的分析，SAP2000采用复杂的自动网格划分模式；SAP2000可以分析的功能包括：冲击分析、大位移分析、顺序施工、Pushover分析、混凝土徐变和收缩、土壤结构相互作用、屈曲分析、频域分析、基础隔振与阻尼器等，几乎结构工程领域的计算分析问题都能够在SAP2000中得到解答。

3SAP2000计算模型的建立[5]

SAP2000模型是根据试验中实际的框架架尺寸和配筋图建立的(图2.1)，SAP2000中包括了各种类型的单元和材料,但由于只有框架单元才有塑性铰机制,因此本文采用SAP2000中框架单元模拟结构的梁和柱。(见图6.1)

图1框架计算模型图

4计算结果分析

为方便和试验进行对比分析，在进行动力时程分析时有限元计算所选取的地震波为El-centro波与试验相同[6]。地震波峰值加速度取2×34gal~6×34gal，截取地震波前15s输入数据，计算步长取为0.02s。

图2为SAP2000有限元软件计算所得位移时程曲线图。

图2SAP2000分析框架位移时程曲线

由这些位移时程曲线可以看出，与试验结果相比，不同工况下软件分析的正向最大最大位移均大于负向最大位移。这与试验情况正好相反。这可能是由于试验时助动器与试验框架加载偏心所致。再生混凝土框架理论分析与试验所得最大位移值对比如表1。

从图表中可以得出以下结论：

(1)从理论分析得出框架位移值可以看出与试验得出的结果相比较虽然有一定的差异但是结果还是较为吻合的。

(2)无论是试验还是理论分析框架各层的位移峰值都是随着加速度峰值的增大而增大。

(3)在相同条件下，实验值比理论值要大，这可能是因为在试验过程中，反力架对再生框架具有一定的约束作用，限值框架侧向变形的恢复，当输入一个循环的地震波后，残余变形大约在2mm~4mm左右。

(4)在前15s的地震记录中EI-centro波最大峰值加速度出现在2.12s左右，软件计算的结果与地震记录最大加速度出现的时间较为吻合，而试验结果表明再生框架的峰值位移大约出现在4s左右，有明显的滞后的现象发生。

表1框架各层位移软件计算值与试验实测值对照表

参考文献：

[1]K.shilleta1.FlexiblecharacteristicofRCbeamwithrecycledcoarseaggregate．Proceedingsofthe25thJSCEAnnualMeeting,KantoBranch．1998：886-887

[2]AndrzejBAjdukiewicz,AlinaT.Kliszczewcz.BehaviorofRCbeamsfromrecycleaggregateconcrete[A].ProceedingsoftheAmericaConcreteInstitute2002[C].

InternationalConference,Cancun,10-13December2002.

[3]SonobeM.etal.ShearcharacteristicofRCbeamwithrecycledcoarseaggregateProceedingsofthe25thJSCEAnnualMeeting，KantoBranch,1998:912-913.

[4]彭俊生，罗永坤.结构概念分析与SAP2000应用[M].成都：西南交通大学出版社，2005，226～248.

[5]陈世明，何琳，陈卓.SAP2000结构分析教程[M].人民交通大学出版社，2005.

[6]李伟，李浩，赵建昌.静力弹塑性分析（pushover）方法在RC框架结构抗震能力分析中的应用[J].甘肃科技，2005，21（5）：128-130.