地震响应的反应谱法与时程分析比较

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。

RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g)频率谱值(g)33 0.19 0.2612.5 0.3130.25 0.047与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt2数值分析框图思路与理论简介2.1理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

2.2 分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明3.1 有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型3.2 荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

地震响应的反应谱法与时程分析比较(总13页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值,,的影响。

标准谱 (1g=s2) (设计地震动值为频率谱值(g)339与标准谱对应的两条人工波见文件与2数值分析框图思路与理论简介理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

基于能力设计法的反应谱和时程分析伏永鹏，郑凯锋，刘云飞（西南交通大学，四川成都610031）【摘要】目前，抗震设计方法正在从传统的强度理论向延性抗震理论过渡。

能力设计方法是基于结构性能的抗震设计理论，能力设计理念是在结构体系中的延性构件和能力保护构件之间，确立适当的强度安全等级差异，确保结构不会发生脆性的破坏模式。

反应谱法是拟动力方法，可以用较少的计算量获得结构的最大响应值，但是它不能反映结构在地震动过程中的时间历程和地震动持时效应。

动态时程分析法作为反应谱法的补充，可直接对微分方程进行积分求解，计算地震过程中的每一瞬时结构响应。

文章依据能力设计方法采用Midas /Civil 对三跨连续刚构分别使用反应谱法进行E1和E2地震作用下的验算，并补充线性时程法计算结构内力和位移随时间的响应。

【关键词】能力设计方法；反应谱法；时程分析【中图分类号】TU311．3【文献标志码】A［定稿日期］2018－06－24［作者简介］伏永鹏（1993 ），男，硕士研究生，主要从事桥梁仿真工程研究。

我国地震多发，需要考虑地震设防的地域辽阔，因此研究结构的抗震性能实属必要。

能力设计法（Capability Design Method ，CDM ）是结构延性设计的主要内容，最早是由新西兰学者Park 等人在20世纪70年代中期提出的。

该法的定义是：对于结构的非弹性响应设计，首先布置可能出现塑性铰的位置，使结构屈服后形成一个合理的耗能机构；对塑性铰区进行专门的设计，以提供足够的延性，对于其他非塑性铰区，根据塑性铰所具有的超强强度，确定被保护构件的设计强度，从而保证被保护构件在结构塑性铰形成后仍保持弹性［1］。

能力设计法的主要优点是可以预定塑性铰出现的位置，而且可以预测结构整体抗震性能。

地震作用理论研究是地面运动对结构物产生的动态效应，结构的地震反应取决于地震动和结构动力特性两个方面，桥梁结构地震反应分析的发展过程经历了静力、反应谱、和动态时程三个阶段。

地震响应方法比较电力水利工程技专业资料反应谱分析和时程分析从理论上讲，如果反映谱分析所用的反映谱是时程分析分析时用的地震波所产生的反映谱，而分析又限於弹性阶段，两者几乎没有差别，因为反映谱分析(取足够的模态)只是忽略了影响很小的高阶效应。

但是如果结构进入非弹性阶段，只有用时程分析。

反应普法有几个假设:1,结构是弹性反应,反应可以叠加;2,无土结的相互作用;3,质点的最大反应即为其最不利反应;4,地震是平稳随机过程.而时程分析是把地震过程安时间步长分为若干段,在每时间段内安弹性分析,算出反应,然后再调整刚度和阻尼.总得一句话,就是步步积分法!① 反应谱方法是一种拟静力方法，虽然能够同时考虑结构各频段振动的振幅最大值和频谱两个主要要素，但对于持时这一要素未能得到体现，震害调查表明，有些按反应谱理论设计的结构，在未超过设防烈度的地震中，也遭受到了严重的破坏，这充分说明了持时要素在设计中应该被考虑。

② 反应谱方法忽略了地震作用的随机性，不能考虑结构在罕遇地震下逐步进入塑性时，因其周期、阻尼、振型等动力特性的改变，而导致结构中的内力重新分布这一现象。

③ 反应谱方法假设结构所有支座处的地震动完全相同，忽略基础与土层之间的相互作用。

时程分析方法是一种相对比较精细的方法，不但可以考虑结构进入塑性后的内力重分布，而且可以记录结构响应的整个过程。

但这种方法只反应结构在一条特定地震波作用下的性能，往往不具有普遍性。

我国反映谱方法的曲线是由255条地震波的地震反映的平均值，而非包络值，体现的是共性，但无法反映结构进入塑性的整体结构性能。

时程方法体现的是具体某条地震波的反映，不同地震波作用下结果的差异也很大，需要合理选波。

底部剪力法/反应谱法/时程分析法一些有用的概念从传统的观点来看，底部剪力法，反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。

那么正确的认识它们的一些关键概念，对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。

建筑物地震响应谱分析方法研究地震是一种严重威胁建筑物安全的自然灾害，因此，研究建筑物地震响应谱分析方法，对于保障建筑物的稳定性和安全性至关重要。

本文将就建筑物地震响应谱分析方法的研究展开探讨，从基本概念、应用领域和发展趋势三个方面进行分析。

一、基本概念地震响应谱是描述结构动力特性的一种重要工具，它通过将结构在地震作用下的加速度、速度或位移响应与地震输入的地面加速度进行对比，来评估结构的抗震性能。

地震响应谱分析方法主要分为两种：时程分析方法和频率响应分析方法。

时程分析方法是通过在一定时间内连续记录结构的动态响应，最终得到结构的地震响应谱。

它适用于复杂结构，可以提供结构在地震作用下的详细响应信息。

频率响应分析方法则是通过对结构的振型和振态进行研究，建立结构的模态超级，并通过对结构频率特性和振型特性的分析，估计结构地震响应谱。

这种方法适用于简单结构，可以从一定程度上简化计算过程。

二、应用领域建筑物地震响应谱分析方法广泛应用于土木工程领域，尤其是在建筑结构抗震设计中起到了至关重要的作用。

通过地震响应谱分析方法，可以评估结构的抗震性能，确定合理的设计参数，从而确保建筑物在地震中的安全性。

此外，建筑物地震响应谱分析方法还在桥梁、塔楼、水坝等工程领域得到广泛应用。

通过对结构的地震响应谱进行分析，并结合地震破坏特征和结构的受力特点，可以有效预测结构在地震中的破坏形式和破坏程度，为工程设计和抗震加固提供科学依据。

三、发展趋势随着科学技术的发展和计算机技术的大幅提升，建筑物地震响应谱分析方法也得到了迅速发展。

在传统的地震响应谱分析方法基础上，出现了一些新的方法和技术，如时频分析方法、随机振动理论等。

时频分析方法基于信号处理和频域分析理论，能够更好地探测结构动态特性的变化规律，提高响应谱分析的准确性和可靠性。

随机振动理论则利用了随机性力学和随机振动理论的成果，可以更客观地描述地震作用下的结构响应。

此外，借助强大的计算机模拟和仿真技术，建筑物地震响应谱分析方法也在不断提高。

反应谱是在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。

用作计算在地震作用下结构的内力和变形.更直观的定义为:一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系,在某一地震动时程作用下的最大反应，为该地震动的反应谱.反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型和阻尼)所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式.地震时结构所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为：FEK= αG其中α为地震影响系数，即单质点弹性体系在地震时最大反应加速度。

另一方面地震影响系数也可视为作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。

目前，反应谱分析法比较成熟，一些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计方法。

不过，它主要适合用于规则结构。

对于不规则结构以及高层建筑,各国规范多要求采用时程分析法进行补充计算。

地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析，它首先使用动力法计算质点地震响应，并使用统计的方法形成反应谱曲线，然后使用静力法进行结构分析.但它并不是结构真实的动力响应分析,只是对于结构动力响应最大值进行估算的近似方法，在线弹性范围内，反应谱分析法被认为是高效而且合理的方法.反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。

基于不同周期结构相应峰值的大小,我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。

一般情况下，随着周期的延长，位移反应谱为上升曲线，速度反应谱为平直曲线，加速度反应谱为下降曲线，目前结构设计主要依据加速度反应谱。

加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线,并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值，后面更大范围为逐渐下降阶段.峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关.一般来说结构自振周期的延长,地震作用将减小。

当结构自振周期接近场地特征周期时,地震作用最大。

反应谱分析方法需要先求解一个方向地震作用响应，再基于三个正交方向的分量考虑结构总响应，即基于振型组合求解一个方向的地震响应，再基于方向组合求解结构总响应。

地震作用下桥梁动态响应分析地震是一种破坏力极大的自然灾害，对桥梁等基础设施的安全构成严重威胁。

桥梁作为交通运输的关键节点，其在地震作用下的动态响应特性直接关系到人员生命和财产安全。

因此，深入研究地震作用下桥梁的动态响应具有重要的理论和实际意义。

一、桥梁在地震中的受力特点桥梁在地震作用下主要受到水平地震力和竖向地震力的影响。

水平地震力通常是导致桥梁结构破坏的主要因素，它会使桥梁产生水平位移、弯曲变形和剪切破坏。

竖向地震力虽然相对较小，但在某些情况下也可能引起桥梁的墩柱破坏、支座失效等问题。

此外，地震波的传播特性也会对桥梁的受力产生影响。

地震波包括纵波、横波和面波，它们的传播速度和振动方式不同，使得桥梁在不同部位受到的地震作用存在差异。

例如，面波在地表附近传播，其能量较大，对桥梁基础的影响较为显著。

二、桥梁结构对地震响应的影响1、桥梁的类型和跨度不同类型的桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥等）在地震作用下的响应有所不同。

一般来说，梁桥的结构相对简单，但其跨度较小，在地震中的变形能力有限；拱桥具有较好的抗压性能，但对水平地震力的抵抗能力相对较弱；斜拉桥由于其复杂的结构体系，地震响应较为复杂，需要进行详细的分析。

桥梁的跨度也是影响地震响应的重要因素。

跨度越大，桥梁的自振周期越长，与地震波的共振可能性就越大，从而导致更大的地震响应。

2、桥墩和桥台的形式桥墩和桥台是桥梁的重要支撑结构，它们的形式和尺寸对地震响应有显著影响。

实心桥墩的抗弯和抗剪能力较强，但在地震作用下容易产生较大的内力；空心桥墩则具有较好的延性，但在强震作用下可能发生局部屈曲。

桥台的类型（如重力式桥台、轻型桥台等）也会影响桥梁与地基的相互作用，进而改变地震响应。

3、支座和伸缩缝支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部件，其力学性能直接影响桥梁在地震中的变形和受力。

常见的支座类型如板式橡胶支座、盆式支座等，它们在地震中的滑移和变形特性不同，会导致桥梁的地震响应有所差异。

时程分析法:时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。

由时程分析可得到各个质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应，进而计算构件内力和变形的时程变化。

时程分析法在数学上称为步步积分法，抗震设计中也被称为“动态设计”。

对结构基本运动方程输入与结构所在场地相对应的地震波加速度作为地震作用，由初始状态开始，逐步积分，直至地震作用结束，求得结构在地震作用下从静止到最终状态整个过程的时程响应。

可应用Ansys中瞬态分析中的完全法辅助计算,它依据直接动力分析理论,积分算法采用Newmark时间积分法.采用时程分析法对结构进行地震响应分析，需要对结构输入地震的加速度，由于地震的随机性以及不同地震波计算结果产生的差异性，合理的选择地震波对结构进行直接动力分析对保证计算结果可靠性是非常重要的。

现今国际公认的地震动三要素为：（1）地震动强度；（2）地震动频谱特性；（3）地震动持续时间。

在选用地震波时，须全面考虑地震动三要素，并根据实际情况加以调整。

EL-CENTRO 地震波应选择与计算结构场地相一致、地震烈度相一致的地震动记录或人工波。

其计算流程一般为:1.静载荷步分析(考虑重力产生的预应力)2.施加地震载荷求解3.后处理分析地震波时程记录全面的反映了地震动特性，以此作为激励积分计算结构的动态响应，可见时程分析法全面体现了地震动特性和结构动态特性对结构地震响应的影响。

反应谱法:是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。

该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。

振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。

反应谱法是将动力问题转化为静力问题来计算,应用结构总响应是各振型响应叠加的原理。

地震作用下桥梁结构的抗震设计桥梁作为交通运输的重要枢纽，在地震作用下的安全性至关重要。

地震可能导致桥梁结构的损坏甚至倒塌，严重影响救援和灾后重建工作。

因此，对桥梁结构进行科学合理的抗震设计是保障桥梁安全的关键。

一、地震对桥梁结构的影响地震是一种突发的自然灾害，其释放的能量以地震波的形式传播。

当地震波到达桥梁所在地时，会对桥梁结构产生多种影响。

首先是水平地震力的作用。

水平地震力会使桥梁产生水平位移和加速度，导致桥墩、桥台等构件承受较大的弯矩和剪力。

如果这些构件的强度和刚度不足，就可能发生开裂、屈服甚至破坏。

其次是竖向地震力的影响。

虽然竖向地震力通常比水平地震力小，但在某些情况下，如近断层地震或大跨径桥梁中，竖向地震力也不可忽视。

它可能导致桥梁支座脱空、梁体与墩台的碰撞等问题。

此外，地震还可能引起地基土的液化、滑坡等现象，削弱桥梁基础的承载能力，导致桥梁整体失稳。

二、桥梁结构抗震设计的原则为了确保桥梁在地震作用下的安全性，抗震设计应遵循以下原则：1、多道防线原则在桥梁结构中设置多个抗震防线，当第一道防线失效后，后续的防线能够继续发挥作用，从而提高桥梁的抗震能力。

例如，墩柱可以作为第一道防线，当墩柱破坏后，支座、伸缩缝等构件能够起到一定的耗能作用。

2、能力设计原则通过合理的设计，使桥梁结构的各个构件在地震作用下能够按照预定的方式屈服和破坏，避免出现脆性破坏和不合理的破坏模式。

例如，应确保桥墩的塑性铰出现在预期的位置，并且具有足够的变形能力。

3、整体性原则注重桥梁结构的整体性，使各个构件之间能够协同工作，共同抵抗地震作用。

例如，通过合理设置系梁、盖梁等构件，增强桥墩之间的连接，提高桥梁的整体刚度和稳定性。

三、桥梁结构抗震设计的方法1、静力法静力法是一种简单的抗震设计方法，它将地震作用等效为一个静态的水平力，作用在桥梁结构上。

这种方法适用于规则、简单的桥梁结构，但对于复杂的桥梁结构，其计算结果可能不够准确。

时程反应谱换算
时程（Time History）和反应谱（Response Spectrum）是结构工程中用于地震分析的两种常见方法。

时程分析是通过模拟实际地震时程对结构进行分析，而反应谱分析则是通过将结构的反应表示为一系列谱线来进行地震分析。

换算时程到反应谱通常是为了更方便地进行结构的设计和评估。

以下是一般的时程到反应谱的换算步骤：
1.获取实际时程：首先，需要获取与地震有关的实际时程数据。

这可以通过监测地震事件或使用历史地震数据来获取。

2.时程分析：使用实际时程数据进行结构的时程分析。

这将提供
结构在实际地震时程下的响应。

3.提取重要参数：从时程分析结果中提取一些关键的参数，例如
最大加速度、最大速度、最大位移等。

4.建立反应谱：利用提取的参数建立结构的反应谱。

反应谱是一
个曲线，表示结构在不同周期下的响应。

5.换算时程到反应谱：利用建立的反应谱和时程分析结果之间的
关系，将实际时程的数据换算成对应的反应谱响应。

6.评估结构性能：利用反应谱进行结构的性能评估。

可以根据反
应谱的峰值来判断结构的地震性能。

请注意，这只是一个概要的步骤，具体的换算方法可能会因使用的分析工具和方法而有所不同。

在实际工程中，建议由专业工程师使用专业的结构分析软件进行时程分析和反应谱分析，并根据项目需求和
规范进行适当的换算和评估。

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。

RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g)频率谱值(g)33 0.19 0.2612.5 0.3130.25 0.047与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt2数值分析框图思路与理论简介2.1理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

2.2 分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明3.1 有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型3.2 荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

反应谱法与时程分析法抗震分析对比杨璐;陈虹;岳永志;李明飞【摘要】为了研究反应谱法与时程分析法的地震响应对比分析,采用ABAQUS有限元分析软件对多层钢框架结构中的一榀钢框架建立计算模型,比较反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的结构顶层位移、最大层间位移、层间位移角和Mises 应力值等地震响应.通过计算及模拟可知,由反应谱法得到的结构顶层位移是时程分析法的1.09倍,前者的最大层间位移及层间位移角是后者的1.07倍.结果表明,反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的地震响应均符合规范要求,反应谱法计算的地震响应比时程分析法的地震响应大,反应谱法得到的地震响应偏于安全.分析结果为多层钢框架的抗震方法提供了理论支持.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2016(038)003【总页数】6页(P331-336)【关键词】多层钢框架;地震响应;反应谱法;时程分析法;地震波;加速度反应谱;有限元分析;数值模拟【作者】杨璐;陈虹;岳永志;李明飞【作者单位】沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;辽宁省住房和城乡建设厅建筑节能与建设科技发展中心,沈阳110005;沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TU352.11地震是对人类危害很大的自然灾害之一，我国是一个地震多发国家，包括唐山和汶川在内的多个城市都遭受过地震的袭击，其中房屋倒塌造成大量的人员伤亡，为了有效地控制地震灾害，需要对工程结构进行抗震分析.在多遇地震地区，应广泛兴建多层钢框架结构，多层钢框架结构的抗震设计与震害预防分析逐渐得到了关注.在多层钢框架有限元模拟过程中，通常使用梁单元进行模拟计算[1-3].抗震分析方法主要采用反应谱法、时程分析法和等效静力法[4-6].等效静力法不考虑结构自身的动力特性，很少应用于抗震分析中；反应谱法比较简便实用，被广泛应用于抗震分析中；时程分析法能够准确地描述钢框架结构在地震下的变形过程.抗震规范推荐使用反应谱法和时程分析法[7-9].许多科研人员进行了相关方面的研究，孙建梅等[10]对大跨空间网壳结构下的反应谱法与时程分析法模拟计算结果差异及影响因素进行了研究；盛朝晖等[11]采用ANSYS有限元程序对巨型框架结构进行了抗震动力时程分析，并讨论了巨型框架结构在地震波作用下的动力位移及内力等地震响应.然而，对多层钢框架的基于反应谱法和时程分析法的抗震研究对比并没有进行细致深入的研究.因此，本文运用ABAQUS有限元软件对一个多层钢框架结构进行抗震分析，研究其在相同地震波下反应谱法与时程分析法的计算差异.1.1 反应谱法地震反应谱是指单自由度体系在给定的地震作用下最大绝对加速度反应与体系自振周期的关系曲线.反应谱法实质上是把计算结构的动力问题转化为计算结构的静力问题，它是计算地震响应既考虑地面运动特征又考虑结构动力特性的一种抗震计算方法[12].应用反应谱法的计算步骤为：先根据地震波记录构造反应谱，再根据反应谱理论计算多层钢框架各阶振型的地震作用，最后通过组合叠加计算总的地震最大响应.单自由度体系动力方程为式中：m为质量；x为位移；k为体系刚度；xg为地面运动水平位移；c=2mωζ，其中，ζ为阻尼比，ω=(k/m)1/2.将各变量表达式代入式(1)中，则式(1)可表示为利用Puhamel积分可得ω(t-τ)dτ加速度反应谱可定义为利用反应谱法对框架结构进行动力响应分析，就是将各振型作用效应采用平方和开放的组合法(SRSS)来求解.1.2 时程分析法时程分析法，即弹塑性直接动力法，是通过建立系统动力学方程进行迭代求解的一种抗震计算方法[13].时程分析法一般用在非线性结构、高层框架结构和复杂结构中，具体实施与计算过程为：首先将地面运动时间t按照固定的时间间隔与数量分割成一系列的时间间隔Δt，然后在每个时间间隔Δt内把整个结构体系当作线性体系来计算，最后逐步求出各时刻的反应.多自由度体系在地面运动作用下振动方程为式中g分别为多自由度体系的水平位移、速度、加速度和地面运动水平加速度；M、C、K分别为体系质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵.在计算过程中，将在地震时记录下来的加速度水平分量和时间曲线划分成很小的时段Δt，然后逐一对每一个时段利用振动方程(5)进行直接积分，从而求出结构体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算出结构的内力.1.3 反应谱法与时程分析法对比根据我国抗震规范中的规定与建议，反应谱法适用于常用规则的建筑，而对重要建筑、复杂结构、高层建筑以及超高层建筑，其抗震计算都建议采用时程分析法.反应谱法一般用于线性假定，只取几个低级振型就可以得到满意效果，计算量小，能得到结构的最大地震响应，其基本的分析步骤为：首先根据强震记录统计应用于抗震设计的地震反应谱，再对结构进行振型分解，求各振型的最大反应值；然后用适当的方法将各振型反应值结合起来求结构的最大反应值.而时程分析法得到的是结构在地震过程中的反应以及震害发生的部位和形态，可详细了解结构在地震持续时间内的结构响应.时程分析法可模拟结构在整个地震持续时间内各时刻的地震响应，可处理非线性问题，其特点是可以利用直接积分的方法对结构动力学问题进行求解，故可以模拟结构非线性.由于所建立的动力学方程的每个对象是最基本的单元，故求解速度和收敛时间较慢，一般情况下时间步长设置为0.001 s以下，计算总时长设置为10 s以上，从而导致计算机耗时较多，结果文件较大.但时程分析法计算的地震响应较大依赖于地震波的选取，可用于对多层钢框架的补充计算.反应谱法就其本质计算方法而言是振型分解的算法，时程分析法是积分算法，两种计算分析均能体现地震对结构动态响应的影响[14].2.1 多层钢框架的材料参数本文以一栋三层三跨的钢框架结构作为设计计算原型，其具体场地条件如下：Ⅱ类场地第一组，基本烈度为8度(地震加速度为0.20g)，振型阻尼比为0.05.选取一榀框架作为计算分析模型，利用ABAQUS有限元软件对其建立几何模型.模型参数为：各层层高为3.6 m，跨度为4.5 m，梁、柱分别采用尺寸为H250 mm×200 mm×8 mm×10 mm和H500 mm×250 mm×12 mm×16 mm的H型钢，梁柱连接方式为刚性连接.钢柱的弹性模量为2.1×1011 Pa，屈服强度为3.45×108 Pa，钢梁的弹性模量为2×1015 Pa，泊松比为0.3，钢材密度为7 850 kg/m3.多层钢框架结构的有限元模型如图1所示，其中，一榀钢框架立面图如图2所示(单位：mm).利用ABAQUS有限元分析软件建立基于两种分析方法的有限元分析模型.在结构的有限元建模中，梁、柱均采用B21梁单元，在结构底部施加地震波，建立平面有限元计算模型，划分有限元的节点总数为274，单元总数为279.其中，在基于反应谱法的建模过程中，为方便ABAQUS的反应谱法计算过程，使用CAE软件将地震的加速度反应谱加在模型的inp文件中，以加关键词的形式进行编辑、建模和运算.2.2 地震波的选用为了研究反应谱法与时程分析法抗震设计的可行性以及模拟结果的可比较性，本文采用天然的唐山南北方向地震波[15]，只考虑水平地震激励.使用Matlab软件将地震波转化成地震加速度反应谱.地震加速度记录如图3所示，所得地震加速度反应谱如图4所示.根据建筑抗震设计规范的相关规定：多层钢框架的最大弹性位移应满足式中：Δue为多遇地震层间的最大弹性层间位移；[θe]为层间位移限值；h为计算楼层层高.由于本文模型为钢结构框架，[θe]取为1/400.根据结构模拟计算结果得到的钢框架各层位移响应时程曲线，如图5所示.模拟结果计算如表1所示.从表1中可以看出，采用时程分析法得到的钢框架弹性层间位移满足规范层间位移要求.在反应谱法分析结果中得到结构各层所对应的弹性位移值，1层所对应的层顶位移为0.008 1 m，2层相对应的层顶位移为0.013 m，3层相对应的层顶位移为0.014 3 m.图6为反应谱法和时程分析法计算所得结构各层层顶位移对比图.由图6可以看出，对于多层钢框架，反应谱法得到的各层层顶位移比时程分析法得到的位移值大，并且两种方法下位移值都随着层数的升高逐渐增大，均满足抗震规范要求.图7为结构的各层层间位移角对比图.在反应谱法和时程分析法下地震波所引起结构层间位移角的最大值，均满足抗震规范不大于0.002 5的要求.图8为基于时程分析法模拟得到的A～D 4根柱子的Mises应力值.当结构达到最大应力时，对4根柱子最大Mises应力值进行对比，结果表明：柱子A的Mises 应力值最大，Mises应力由柱子A～D逐渐减小；Mises应力从第1层到第3层逐渐减小，故在第1层顶点E处的Mises应力值最大.表2为基于反应谱法和时程分析法得到的地震响应汇总表.从表2中可以看出，对于同一种结构采用反应谱法和时程分析法得到的地震响应稍有差异，但区别不大，具体为由反应谱法得到的顶层位移是时程分析法的1.09倍，前者的层间位移角是后者的1.07倍.综上所述，反应谱法分析的结果与时程分析法分析的结果相比，其结构各层的层顶位移、最大层间位移、各层的层间位移角、Mises应力值均较大，二者仿真模拟结果均满足现行规范要求.在结构抗震设计中，可以认为反应谱法比时程分析法更为保守，这是由于在结构抗震设计时，反应谱法不仅考虑地震时大地的振动特性，而且考虑多层框架结构自身的振动特性，因此，反应谱法是多层钢框架抗震分析的基本方法.时程分析法能精确地反应地震时地面与多层框架的相互作用，详细直观地显示结构在地震持续时间内的地震反应，可以作为对多层框架抗震设计的计算补充. 钢框架具有较好的延性和抗震性能，本文以严格按照我国抗震规范设计的多层钢框架为例，采用ABAQUS有限元分析软件对钢框架在唐山南北方向地震波下进行了比较分析，研究了反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的地震响应关系，结果如下：1) 与普通结构建模方法相比，采用梁单元建立多层钢框架结构分析模型更具有优势，其能够准确、有效地模拟结构构件的真实工程及抗震条件，提高结构计算分析的效率；2) 反应谱法与时程分析法的结果对比发现，反应谱法计算的地震响应曲线均能包住时程分析法计算的地震响应曲线，因此，反应谱法计算的结果偏于安全，从工程安全角度出发，是合理的；3) 在数据分析中，反应谱法和时程分析法得到的各层层顶位移随高度的增加逐渐增大，但层间位移随高度的增加而逐渐减小，均满足规范要求；4) 在同一层内，Mises应力值随着结构高度增加而增大，但随着层数的增加，Mises应力值逐渐减小，在1层层顶处的Mises应力值达到最大值.【相关文献】[1]石永久，王萌，王元清.基于多尺度模型的钢框架抗震性能分析 [J].工程力学，2011，28(12)：20-26.(SHI Yong-jiu，WANG Meng，WANG Yuan-qing.Seismic behavior analysis of steel frame by multi-scale calculation method [J].Engineering Mechanics，2011，28(12)：20-26.) [2]閤东东，万金国，潘鹏，等.纤维梁单元模型中钢筋模拟方法对比研究 [J].建筑结构，2013(2)：60-62.(GE Dong-dong，WAN Jin-guo，PAN Peng，et parative study on simulation methods of steel bar in fiber beam element mode [J].Building Structure，2013(2)：60-62.)[3]雷拓，刘伯权，刘锋.基于ABAQUS隐式分析的梁单元材料模型开发应用 [J].中南大学学报(自然科学版)，2013，44(8)：3503-3511.(LEI Tuo，LIU Bo-quan，LIU Feng.Development and application of material constitutive models based on ABAQUS/standard beam elements [J].Journal of Central South University (Science and Technology)，2013，44(8)：3503-3511.)[4]兰麒，胡雯婷.等效静力法和谱分析法在设备抗震分析中的应用 [J].核动力工程，2014，35(增刊1)：145-148.(LAN Qi，HU Wen-ting.The equivalent static method and spectrum analysis method in the application of the seismic hazard analysis [J].Nuclear Power Engineering，2014，35(Sup1)：145-148.)[5]Zhou X Y，Gu M，Li G.Grouping response method for equivalent static wind loads based on a modified LRC method [J].Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2012，11(1)：107-119.[6]Dong Y S，Zhai Q G.Equivalent circuit method for static and dynamic analysis of magnetoelectric laminated composites [J].Chinese Science Bulletin，2008，53(14)：2113-2123.[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50011-2010建筑抗震设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2010.(Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic ofChina.GB 50011-2010 Code for seismic design of building [S].Beijing：China Building Industry Press，2010.)[8]徐源，丛龙.考虑土结构相互作用的框架结构地震时程分析[J].沈阳工业大学学报，2014，36(5)：596-600.(XU Yuan，CONG Long.Seismic time history analysis for frame structure with considering soil-structure interaction [J].Journal of Shenyang University of Technology，2014，36(5)：596-600.)[9]白泉，付亮华，鲍文博，等.基于静态离散小波变换的地震动时程调整 [J].沈阳工业大学学报，2013，35(4)：469-474.(BAI Quan，FU Liang-hua，BAO Wen-bo，et al.Ground motion time-history modulation based on sta-tionary discrete wavelet transform [J].Journal of Shen-yang University of Technology，2013，35(4)：469-474.)[10]孙建梅，张其林.大跨空间网壳结构设计中反应谱法和时程分析法的探讨 [J].建筑结构，2008，38(2)：64-66.(SUN Jian-mei，ZHANG Qi-lin.Discussion on response spectrum method and time history analysis for long span reticulate shell structural design [J].Buil-ding Structure，2008，38(2)：64-66.)[11]盛朝晖，陈淮.巨型框架结构的隔震分析 [J].工业建筑，2006，36(增刊1)：195-198. 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大震弹塑性计算软件YJK-EP应用要点2019-7本文主要讲解大震弹塑性计算软件YJK-EP使用中应知应会的技术要点，但是不包括操作流程的讲解，YJK-EP的操作可参照用户手册。

一、基本概念1、反应谱法与时程分析法《抗规》5.1.5条的条文说明：弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论，规范所采用的地震影响系数曲线为《抗规》5.1.5条给出的曲线，它由大量同类地震记录的统计平均，并加以规则平滑化后的结果。

见下图：按照如上图的地震计算方法简称反应谱CQC法。

时程分析法是抗震分析的补充方法，他是按输入地震波进行结构的反应计算，《抗规》5.1.2条文说明：进行时程分析时，鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同，要求选用的地震波的地震影响系数曲线与反应谱法的地震影响系数曲线在“统计意义上相符”，即“多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。

计算结果在结构主方向的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法的80%，每条地震波输入的计算结果不会小于的65%。

从工程角度考虑，这样可以保证时程分析结果满足最低安全要求。

但计算结果也不能太大，每条地震波输入计算不大于135%，平均不大于120%。

”在弹性时程和YJK-EP结果菜单中的“反应谱规范谱”菜单下，即可得到如上每条地震波的地震影响系数曲线和规范的地震影响系数曲线（绿色曲线）的对比，这里每条地震波的地震影响系数曲线都是在弹性时程计算中同时计算出的。

根据这种对比可直观看到所选地震波的属性是否合格，如低于规范谱曲线太多时说明该条波计算出的地震力不够，高于规范谱曲线太多时说明该条波计算出的地震力太大。

结构自振周期T是结构的基本属性，在查看如上地震影响系数曲线时，更应关注横坐标为结构自振周期T处的谱值对比，因为“统计意义上相符”的规定要求各条曲线在结构主要自振周期T处与规范谱接近，结构底部剪力主要由这些周期对应振型的内力组合而成。

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。

RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g)频率谱值(g)33 0.19 0.2612.5 0.3130.25 0.047与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt2数值分析框图思路与理论简介2.1理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

2.2 分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明3.1 有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型3.2 荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。

RG1.60标准谱(1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g)频率谱值(g)33 0.19 0.2612.5 0.3130.25 0.047与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt2数值分析框图思路与理论简介2.1理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

2.2 分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明3.1 有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型3.2 荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

高层建筑结构的地震响应分析高层建筑是当代城市化发展的重要组成部分，由于其特殊的结构特点，地震对其影响是不可忽视的。

本文将对高层建筑结构的地震响应进行分析。

一、引言地震是地壳运动引起的自然灾害，其对高层建筑的影响往往是最为显著的。

鉴于高层建筑在地震中所受到的巨大力学作用，对其地震响应进行准确分析具有重要意义。

二、高层建筑结构的地震响应机理高层建筑结构的地震响应主要通过以下几个方面体现：1. 震感传递路径：地震波在地壳传播过程中，会通过地基、框架结构、楼板等路径传递到高层建筑的结构系统中。

2. 动力特性影响：高层建筑的固有周期、阻尼比等动力特性对地震响应起着重要作用，这些参数会直接影响结构的振动情况。

3. 弹塑性行为：高层建筑结构在地震作用下会出现弹性和塑性变形，其中塑性变形会对结构产生更大的影响。

4. 结构非线性：高层建筑的结构系统存在着非线性行为，例如钢结构的屈曲等，这些非线性现象会对地震响应产生重要影响。

三、高层建筑结构的地震响应分析方法对于高层建筑结构的地震响应分析，常用的方法主要包括以下几种：1. 静力分析法：即利用静力平衡原理，假定地震作用与结构受力时间相比较长，结构处于静力平衡状态的方法。

这种方法适用于刚性结构或者对地震反应较不敏感的情况。

2. 动力弹性响应分析法：该方法假设结构是线性弹性的，通过求解结构的频率和振型，利用输入地震波的振幅谱与结构的响应谱进行对比，得到结构的地震响应。

3. 时程分析法：通过数值方法对结构进行时程分析，考虑结构的非线性行为和地震波的时程特性，得到结构在地震过程中的时变响应。

四、高层建筑结构抗震设计原则为了提高高层建筑结构的地震抗力，应该遵循以下原则：1. 刚度控制：通过增加结构的刚度，减小结构的位移，在地震中减小结构的变形和应力。

2. 强度控制：通过增加结构的强度，提高其承载能力，使结构能够在地震中承受较大的力学作用。

3. 韧性设计：提高结构的韧性能力，使结构在地震中具有一定的塑性变形能力，能够吸收地震能量并减缓地震波的作用。