地震作用計算和結構抗震驗算為結構設計提供依據,而在結構規則性判別這一問題上,偶然偏心、雙向地震以及扭轉耦聯這三個詞經常困擾著我們,我們來看看什麼是「扭轉耦聯」。
相較與偶然偏心和雙向地震作用,扭轉耦聯無論是PKPM還是YJK,都沒有選項可以直接與其相關。前處理的時候,可以選擇是否考慮偶然偏心和雙向地震作用,但沒有選項可以決定是否考慮扭轉耦聯,那麼這個傢伙到底是什麼來頭,為什麼如此不受約束呢?
1 什麼是扭轉耦聯:
簡單概括起來,扭轉耦聯就是通過CQC方法將的不同振型下同一自由度的地震作用/作用效應進行組合的過程。
對以上結論,我們來一點一點的分析。
1.扭轉耦聯的對象是一個剛片。
2.假設剛片存在互相正交的兩個平動自由度(x、y)和一個扭轉自由度(z)。
3.當使用振型分解反應譜法計算時,有j、k等若干個振型,每個振型在某個自由度上均有地震作用或效應產生。
4.不同振型之間互相影響,平動中包含扭轉,而扭轉中也包含平動。所以平動自由度下的地震作用或效應裡包含扭轉振型的貢獻,扭轉自由度亦包含平動振型的貢獻。
5.地震作用指地震力標準值;地震作用效應指彎矩、剪力、軸向力和變形。
6.例如考慮x方向彎矩Mx,需要將j、k等所有振型在x方向的地震作用標準值求出,進而計算彎矩Mjx、Mkx等,再將這些彎矩按照CQC的方法組合,最終得到Mx。
2 何種情況下需要考慮扭轉耦聯:
嚴格地說,結構只要不是雙軸對稱就會有平扭耦聯,這種耦聯產生的地震力一般要比不考慮平扭耦聯時大,尤其是對平扭耦聯反應較大的結構平面,如L形平面,三叉形平面等。
對於相鄰周期比大於0.85的任何結構(Ti+1/Ti>0.85),均可看作扭轉耦聯效應明顯,應採用抗規公式(5.2.3-5)的CQC效應組合法計算。
高規4.3.4中規定,對質量和剛度不對稱、不均勻的結構以及高度超過100m的高層建築結構應考慮扭轉耦聯。
關於質量和剛度不對稱不均勻的判定:不對稱主要針對平面,只要查看結構的質心和剛心就可以知道。而不均勻則主要針對立面,也就是說沿高度不均勻。根據朱總《高規》一書中的解讀,質量/剛度沿高度分布均有定義,感興趣的同學可查看原文,這裡不再贅述。
3 影響扭轉耦聯的因素:
根據抗規公式(5.3.2-6)可見,耦聯繫數計算公式的自變量共有3個,分別是j、k振型的阻尼比和兩個振型自振周期之比。自振周期與阻尼比同樣有關,所以影響耦聯繫數最重要的一個參數是阻尼比。
4 計算方法:
1.對於扭轉效應不明顯的結構,可以用SRSS方法,不考慮扭轉耦聯。
2.規則結構不考慮扭轉耦聯時,按照《抗規》5.2.3條,需要考慮「邊榀增大係數」。
3.當相鄰振型周期比大於0.85時,採用CQC方法,考慮扭轉耦聯。
5 計算軟體如何考慮扭轉耦聯:
在SATWE的說明書中提到:「通過CQC組合方法得到結構的組合地震響應。」即不論規則與否,在結構地震作用計算時均採用CQC的方式,默認考慮扭轉耦聯。
在YJK的幫助文檔中,導入接口說明裡有寫道:「對地震作用與效應的計算,YJK軟體中限定為CQC。」即與SATWE的處理方式相同。
扭轉耦聯與雙向地震的一些思考:
1.考慮扭轉耦聯,賦予質點三個自由度,有三個地震作用標準值,x向、y向及扭轉方向,振型參與係數計入扭轉影響。
2.不考慮扭轉耦聯,是指不考慮x向、y向和扭轉三者之間的相互影響,但實際地震作用時,x、y和扭轉三者均存在且不完全獨立,所以考慮扭轉耦聯計算結果更符合實際。
3.雙向地震的扭轉效應指的是,質量和剛度分布不均勻,在雙向地震下會出現扭轉效應。其本質是對單向水平地震作用扭轉耦聯效應的再組合計算。
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