[科普中國]-水平側(cè)向力

水平側(cè)向力，是在橋式類型起重機大車運行跑偏時，軌道側(cè)面與車輪輪緣或水平導(dǎo)向輪之間會產(chǎn)生的側(cè)向力。

起重機大車的水平側(cè)向力在橋式類型起重機大車運行跑偏時，軌道側(cè)面與車輪輪緣或水平導(dǎo)向輪之間會產(chǎn)生水平側(cè)向力。

水平側(cè)向力對起重機車輪及其軸承有著不良影響，側(cè)向力通過起重機軌道作用于廠房結(jié)構(gòu)。

水平側(cè)向力可按照下式近似計算：

式中 ∑R----起重機產(chǎn)生側(cè)向力一側(cè)最大輪壓之和；

λ---水平側(cè)向力系數(shù)，與起重機跨度和大車輪距之比有關(guān)。

考慮剛度變化的 Pushover 水平側(cè)向力分布為了考慮層間剛度對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)非線性靜力分析結(jié)果的影響，提出了建筑結(jié)構(gòu)考慮剛度變化的水平側(cè)向力分布計算方法。在總結(jié)幾種常見水平側(cè)向力分布形式、分析單自由度體系運動方程的基礎(chǔ)上，給出了單自由度、多自由度體系水平地震力與層間剛度的關(guān)系，提出了改進(jìn)的水平側(cè)向力分布形式。算例計算表明，可以找到多種側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，得到的樓層側(cè)移和層間位移角與時程分析結(jié)果符合較好。1

均勻分布該方法認(rèn)為沿建筑物高度側(cè)向力均勻分布，每一層的側(cè)向力和該層的質(zhì)量成正比。每一層的水平側(cè)向力Fi可由下式計算：

Fi=αWi，式中，α為比例系數(shù)，Wi為第i樓層的重力荷載代表值。

水平側(cè)向力均勻分布形式過于簡單，只考慮了樓層質(zhì)量對地震作用的影響，而沒有考慮結(jié)構(gòu)剛度、強度以及振型等參數(shù)對非線性分析結(jié)果的影響，計算結(jié)果與實際結(jié)構(gòu)反應(yīng)有較大的差異。1

MMC 法分布E· kalkan和S·K· Kunnath考慮振型的影響，提出了MMC水平側(cè)向力分布形式：

Fj=∑αn Γn mφn Sa (ζn ，Tn )

式中，αn為修正系數(shù)，可正可負(fù)；φn為n振型向量。

MMC分布形式實際為各振型對地震力貢獻(xiàn)的線性組合，該方法雖然考慮多振型的影響，理論上也可以用于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，但是由于系數(shù)αn的不確定性，包括正負(fù)號的不確定，導(dǎo)致在具體計算時，要對各種可能出現(xiàn)的組合分別計算，并取其包絡(luò)線作為最終結(jié)果，特別是在考慮多階振型時，計算過程十分復(fù)雜。

除了上述水平側(cè)向力分布形式，常見的還有按照結(jié)構(gòu)第一振型分布的側(cè)向力，以及其他按照結(jié)構(gòu)某幾個振型進(jìn)行組合 ( 例如，SRSS組合方法)的分布形式。筆者通過計算比較，認(rèn)為如果側(cè)向力分布按照多個振型的組合形式分布，雖然得到的結(jié)果可以接受，但是計算過程還是偏于復(fù)雜，不利于實際工程應(yīng)用。1

考慮剛度變化的水平側(cè)向力分布豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)和規(guī)則結(jié)構(gòu)的一個顯著區(qū)別就是側(cè)向剛度有較大的突變，可見，豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)在進(jìn)行pushover分析時，必須考慮其剛度變化的特點，其水平側(cè)向力分布也應(yīng)該考慮剛度的影響。

在水平地震作用下質(zhì)點的慣性力和質(zhì)量成正比，這也就是pushover分析水平側(cè)向力均勻分布的原因了。若忽略阻尼的影響，則質(zhì)點慣性力與剛度也是成正比的。對于多自由度體系也可以得到同樣的結(jié)論。層間剛度大則承受的水平地震力就越大，反之，亦然。在此，引入層間剛度對傳統(tǒng)的水平側(cè)向力分布進(jìn)行修正，使其符合豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)在地震作用下的水平慣性力分布。1

非線性靜力推覆分析的水平側(cè)向力非線性靜力分析方法可以較為簡便地預(yù)估結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)，但僅取常見水平側(cè)向力分布模型并不能滿足實際工程的需要，例如高振型的影響和不規(guī)則結(jié)構(gòu)的特殊性。對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時程分析，建立了水平側(cè)向力分布與結(jié)構(gòu)層剛度的關(guān)系式，從而提出了一種新的水平側(cè)向力分布形式和方法。2

幾種水平側(cè)向力分布形式1、均勻分布

側(cè)向力沿建筑物高度均勻分布，每一層的側(cè)向力和該層的質(zhì)量成正比。只考慮了樓層質(zhì)量對地震作用的影響，而沒有考慮結(jié)構(gòu)剛度、強度以及振型等參數(shù)對非線性分析結(jié)果的影響，計算結(jié)果與實際結(jié)構(gòu)反應(yīng)有較大的差異，只是一種近似粗略的非線性分析方法。

2、指數(shù)分布

為了說明不同樓層加速度的變化，需要考慮變形的不同模態(tài)以及振動時高振型的影響，F(xiàn)EMA-356推薦使用指數(shù)分布形式。

指數(shù)分布雖然考慮了振型的影響，其中，倒三角分布只考慮了第一振型的貢獻(xiàn)，但是其分布形式含有假定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)與其等效單自由度體系的反應(yīng)相聯(lián)系的意思，與多自由度體系的實際受力狀態(tài)還是有一定的差別，且權(quán)函數(shù)的取值也有商榷之處。2

不規(guī)則結(jié)構(gòu)的水平側(cè)向力分布對5種不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時程分析，得到各層的加速度反應(yīng)值Sa，考慮各層的質(zhì)量，從而求出各層水平地震慣性力Fi(取7條地震波時程分析結(jié)果的平均值),然后利用各層側(cè)向剛度D，作出水平地震慣性力和側(cè)向剛度關(guān)系曲線，并進(jìn)行二次曲線擬合分析,得到剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)水平側(cè)向力分布形式：

ΔFi=(16.546 -3.031D +0.175D2)ΔVb

式中，D為各層側(cè)向剛度，計算方法參照框架結(jié)構(gòu)側(cè)移計算的D值法，ΔVb為基底剪力增量。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)