时程分析法介绍.pdf

时程分析法又称直接动力法，在数学上又称步步积分法。顾名思义，是由初始状态开始一步
一步积分直到地震作用终了，求出结构在地震作用下从静止到振动以至到达最终状态的全过
程。它与底部剪力法和振型分解反应谱法的最大差别是能计算结构和结构构件在每个时刻的
地震反应(内力和变形)。
当用此法进行计算时，系将地震波作为输入。一般而言地震波的峰值应反映建筑物所在地区
的烈度，而其频谱组成反映场地的卓越周期和动力特性。当地震波的作用较为强烈以至结构
某些部位强度达到屈服进入塑性时，时程分析法通过构件刚度的变化可求出弹塑性阶段的结
构内力与变形。这时结构薄弱层间位移可能达到最大值，从而造成结构的破坏，直至倒塌。
作为高层建筑和重要结构抗震设计的一种补充计算，采用时程分析法的主要目的在于检验规
范反应谱法的计算结果、弥补反应谱法的不足和进行反应谱法无法做到的结构非弹性地震反
应分析。

时程分析法的主要功能有：
1)校正由于采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差。特别是对于周期长
达几秒以上的高层建筑，由于设计反应谱在长周期段的人为调整以及计算中对高阶振型的影
响估计不足产生的误差。
2)可以计算结构在非弹性阶段的地震反应，对结构进行大震作用下的变形验算，从而确定结
构的薄弱层和薄弱部位，以便采取适当的构造措施。
3)可以计算结构和各结构构件在地展作用下每个时刻的地震反应(内力和变形)，提供按内力
包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力配筋最大值进行配筋这两种方式。
总的来说，时程分析法具有许多优点，它的计算结果能更真实地反映结构的地震反应，从而
能更精确细致地暴露结构的薄弱部位。

时程分析法有关的几个问题：
1、恢复力特性曲线；
恢复力特性曲线应用于计算必须模型化，常用的有双线型模型与退化三线型模型；退化三线
型模型（附图）能较好地反映以弯曲破坏为主的钢筋混凝土构件的的特性，所以适用于此类
构件计算。
2、结构计算模型及分析方法；
3、地震波的选用；
4、时程分析计算结果的处理。
时程分析要依靠计算机及软件，作为一般的工程设计人员，只需要了解1、2两个问题的内
容，为软件的选用及前期数据准备做基础。问题3、4的内容，特别是问题3的内容，设设
计人员能够把握的，也是能否得到良好分析结果的重要因素。

目前结构动力时程分析模型主要有三种：三维空间模型、二维平面模型和层模型。
从理论上讲，三维空间模型最接近结构的实际情况，是较理想的分析模型，计算精度也高，
但由于这种模型计算工作量巨大，在目前的微机硬件资源条件下，大型结构设计中很少采用。
二维平面模型和层模型对结构作了较多的简化处理，二维平面模型是将结构离散成一系列相
互独立的榀”，这种模型适用于刚度分布均匀、几何布置规则的结构。仅就独立的一榀而言，
二维平面模型的弹塑性动力反应分析理论研究比较成熟，计算工作量有限，效率和精度都比
较高，但由于建筑造型的多样化，结构不规则布置是经常的，将二维平面模型应用于不规则
层模型是一种利用力学等效方法的简化模型，它是把结构按层静力等效成质量弹簧串，然后
再进行弹塑性动力反应分析。层模型把许多动力计算问题事先用静力方法处理了，所以，分
析效率提高了，但计算精度有所损失。
2层模型
它是把结构按层静力等效成质量弹簧串，然后再进行弹塑性动力反应分析。层模型只能通过
时程分析找到薄弱层，不能找到具体的薄弱杆件。层模型动力时程分析计算由两部分组成，
前一部分是层静力特性计算，这部分实际上就是一个小型的Push-overanalysis计算程序，
采用增量法和能量法相结合，逐层计算结构的层间全曲线，并拟合成恢复力骨架曲线，为动
力响应分析提供三线性骨架曲线的三个控制点，从而完成把结构简化成以集中质量、串联簧
形式描述的层模型的层参数统计工作；后一部分是动力时程响应计算，基于集中质量、串联
簧形式描述的层模型，采用Wilson-法计算结构的动力响应。
3二维平面模型
二维平面模型针对的是结构的一个局部——“榀”，对一棍框架进行时程分析，直接找出薄弱
的杆件。这种模型的精度主要取决于把结构离散成“榀”这一模型化过程。若结构的刚度分布
比较均匀，几何布置比较规则，正交或接近正交，结构各榀之间影响不大，把结构离散成相
互独立的“榀”精度损失不多，可以采用二维平面模型进行弹塑性动力反应分析；反之，若结
构的刚度分布不均匀，几何布置不规则，很难分成“榀”，或即使可以分成“榀”，但各榀之间
相互影响较人，把这种结构离散成相互独立的“榀”时可能有较大的精度损失，对于这些结构
不宜采用二维平面模型。

现有分析方法综述：
(1)等效剪切型计算程序：这种计算模型是以结构层为计算单元，忽略梁的变形，结构变形
集中在竖向抗侧构件上，因此可将各层所有的抗侧构件等效为一个总的层间