基于设计反应谱的空间结构弹塑性地震反应分析方法

空间结构非线性等效单自由度体系的荷载-位移曲线后屈服段较短,采用等能量方法将其转化为双折线时易产生较大计算误差,且双折线拐点需迭代确定。针对此问题,采用Ramberg-Osgood模型描述空间结构等效单自由度体系荷载-位移滞回曲线;基于等效线性化方法,采用最大位移对应的割线刚度作为等效线性体系刚度k_e;对滞回曲线积分得到滞回环面积,令滞回耗能与等效线性体系阻尼耗能相等,导出等效黏滞阻尼ζ_e。将线性加速度设计反应谱变换为T(周期)-ζ(阻尼比)-d(位移)格式,与空间结构等效线性体系的T_e(等效周期)-ζ_e-d曲线联立,用图解法直接计算等效线性体系的地震位移反应,并进一步得到空间结构的整体地震反应。采用所提出的方法计算柱面网壳和球面网壳结构的非线性地震反应。结果表明：该方法简洁高效,无需迭代,易于编程实现,对空间结构地震位移反应求解精度较高。     

点支式玻璃幕墙单层索网实用抗震计算方法

点支式玻璃幕墙单层索网的地震反应由于受几何非线性和主体结构的影响,其抗震计算更加复杂。目前抗震规范采用简单的等效静力法计算,地震影响系数亦取线性体系地震影响系数的最大值,未能考虑几何非线性体系结构动力反应的特点,同时也未考虑主体结构的影响,与实际情况严重不符。对点支式玻璃幕墙单层索网地震反应的模态参与特性研究表明,其地震反应以第1阶模态为主,且考虑其质量刚度的均匀分布特性,参考抗震规范中的底部剪力法提出了改进等效静力法,并通过对一组典型索网模型的计算分析验证了此方法的合理性。提出相应的地震影响系数可由线性周期和几何非线性因子控制的单自由度体系求得。大量的分析计算结果表明,主体结构动力影响系数反映主体结构二次输入的影响,其值可通过二者的基本频率比值求得。     

对反应位移法中几个关键问题的探讨

反应位移法是地下结构抗震分析最常用方法之一。本文拟通过具体算例分析,探讨了目前反应位移法在实际应用中的几个简化假设,具体包括土弹簧刚度的不同确定方法、分层土体与等效单层土体的位移模式、线性与非线性时土体位移模式等。计算分析表明:(1)不同方法确定的土弹簧刚度值相差巨大,由此导致结构地震响应差别显著;(2)分层与单层土以及线形土体与非线性土体的土体位移模式相差明显,即周围土体对地下结构的地震作用差别明显,因而地下结构地震响应差异明显。由此可见在实际应用反应位移法时,应严格按照实际分层土体,得到土体的非线性地震响应,而应避免采用一些简化等效处理方法。本文研究成果可为进一步完善反应位移提供参考。     

北京土城电话局单层索网点式玻璃幕墙抗震设计方法分析

单层索网作为点支式玻璃建筑中一种轻柔性支承结构体系,以其良好的通透性和灵活性,近年来赢得了广大建筑师的青睐,在国内外得以普遍应用.且应用前景广阔.而单层索网结构作为一种非线性张拉结构,其结构特性决定了其地震响应和抗震特性不同于一般结构.本文针对其抗震性能研究的空白,结合北京土城电话局单层索网玻璃幕墙抗震设计,对其地震响应及抗震设计分析方法进行了研究.分别利用等效静力法、反应谱法和非线性时程分析法,对其地震响应进行计算,并对这三种方法进行了分析比较,得出了单层索网玻璃幕墙地震响应及其抗震设计方法的相关结论:单层索网玻璃幕墙直接地震响应较小,但变形相对较大,其计算需要采用能考虑几何非线性的时程分析法来计算.本文研究成果可为今后抗震研究和设计提供参考.     

基于等效线性化防屈曲支撑结构的振型分解法研究

为了用振型分解法快速分析防屈曲支撑结构(BRBS)的抗震性能,需将防屈曲支撑(BRB)的恢复力模型进行等效线性化。基于恢复力常用的速度相关型模型和位移相关型模型,以能量法和割线刚度法两种等效线性方法,给出了BRBS振型分解反应谱法的详细计算过程。     

单层平面索网幕墙结构的非线性反应谱

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观、构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点,且结构具有一定的几何非线性。在对其进行抗震设计时,基于线弹性假设的振型分解反应谱法可能具有一定的局限。为此,首先推导地震荷载作用下单层平面索网结构的非线性振动方程和非线性频率,其次通过计算该模型在四类场地最不利地震动作用下的结构非线性响应,得到单层索网幕墙结构的非线性反应谱,将其和线弹性单质点的反应谱进行比较,最后通过与地震模拟振动台试验结果的对比,证明结论的正确性。     

单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究

针对单层平面索网幕墙结构的特点,构造了非线性单质点体系,利用多条地震动记录,采用时程分析方法计算了该类结构在小震、中震和大震下的加速度反应谱。在此基础上,经过统计、平滑处理,得到了适用于单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计的设计地震反应谱和地震影响系数。     

基于位移模式的改进能力谱法结构位移反应分析

能力谱法是基于性能抗震设计方法中结构位移反应分析的有效方法之一。为了克服常规的能力谱法在评估结构地震反应时只考虑结构第一振型的局限性,本文作者提出了基于位移模式的改进能力谱法,引入考虑多振型的位移模式,介绍了该方法的实施步骤,基于位移模式对结构进行Pushover分析得到体系的能力曲线,采用等效阻尼比和延性系数得到需求谱,从而计算结构的位移响应,并通过算例验证本文所提出方法计算结果的可靠性。     

高层建筑结构抗震性能评估方法的研究与改进

为在高层建筑静力弹塑性分析中考虑高阶振型的影响,在模态Pushover分析方法基础上,采用能力谱法替代原有的动力时程分析,在现行规范加速度反应谱基础上计算结构各振型等效单自由度(ESDOF)体系各性能水平的位移反应,然后将其转化为相应多自由度(MDOF)结构的位移反应,并通过振型组合方法(SRSS)求得结构的总位移反应,用其与剪力墙的目标位移进行比较,判断设计结果是否满足性能目标要求。结果表明:该方法较合理地反映了结构在设计地震作用下的位移需求。     

索网结构对主体结构动力特性的影响

采用子空间迭代法,结合工程实例,对索网次结构对主体结构自振特性的影响进行了计算分析,研究了主体结构的频率分布特性以及索网预应力、玻璃及索连接件的质量等结构参数对自振特性的影响。此外,还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响,考虑位形修正进行了模态分析。最后,采用振型分解反应谱法进行了结构模型的多遇地震响应分析。研究结果表明:玻璃及索连接件的质量对主体结构频率影响较大,整体结构振型表现为主体结构振型加索网局部振型;主体结构代替整体结构通过振型分解反应谱法进行地震效应分析时,结构地震效应降低。     

非线性基础隔震结构复振型反应谱设计方法

采用铅芯橡胶支座、弹性滑板支座或摩擦摆支座的基础隔震结构,在利用反应谱方法进行设计时,需要考虑支座的非线性特征.在传统非线性振动分析平均方法或慢变振幅法中引入激励随机性,以等效线性系统和原非线性系统势能和阻尼耗能相等为原则,提出了基于能量平衡的随机等效线性化方法.在该方法中,等效刚度和等效阻尼系数表达为振动幅值的期望,...     

Nonlinear dynamic behavior of saddle-form cable nets under uniform harmonic load

The dynamic response of saddle-form cable nets is investigated in this paper. Even though they consist of cables, which are well known for their geometric nonlinearity, such systems could be characterized as weakly nonlinear due to the high levels of pretensioning of their cables and to their hyperbolic paraboloid surface, having opposite curvatures at all points and thus increased stiffness. Nevertheless, resonance phenomena that are typical of highly nonlinear systems are detected here, for common geometries and levels of pretension, even for low levels of load amplitude. First, a single-degree-of-freedom (SDOF) cable net is studied analytically and numerically, and nonlinear resonances are confirmed. Then, the response of multi-degree-of-freedom (MDOF) cable nets, subjected to harmonic dynamic excitation, is investigated. Although the static response is proved to be almost linear, the dynamic nonlinearity is intense, as verified by jump phenomena, bending of the response curve, superharmonic resonances, and dependence on the initial conditions.     

考虑多振型贡献和弹塑性位移谱的改进地震动强度参数

为减小增量动力分析中结构地震反应的离散程度,提出了改进的地震动强度参数。首先,基于等效模态荷载和模态组合系数,提出并定义模态强度参数。然后,采用推广的模态推覆方法,构造1阶振型的等效单自由度体系,采用非线性时程分析计算该体系的弹塑性位移谱谱值,用于修正1阶模态强度参数。最后,组合各阶模态强度参数,得到改进的地震动强度参数。对不同矢跨比的两个格构钢拱模型进行36条地震波的增量动力分析结果表明,改进参数可有效减小结构反应离散性。相比于其他常用地震动强度参数,该参数对各项需求指标拟合结果的判定系数均处于0.9678~0.9786范围内,拟合标准差均处于0.195~0.239范围内,具有更好的相关性、有效性。同时,该参数拟合斜率较高,具有较好实用性;其拟合残差通过了显著性检验,满足充分性的要求。     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

斜拉网壳结构的构件分析和非线性动力计算

斜拉网壳结构是空间网壳结构与柔性拉索族系的有机结合。文中导出了空间杆单元几何非线性刚度矩阵,阐明了斜拉索的非线性特性和塔柱计算,给出了结构非线性动力响应计算策略并做数值分析。计算表明,该类结构频谱密集,且自振频率明显高于对应的网壳结构;反应谱法与时程分析法的计算结果差别较大,因此对大跨度（斜拉）网壳结构须用后者验算。     

Prediction of nonlinear seismic demands of high‐rise rocking wall structures using a simplified modal pushover analysis procedure

This study presents a simplified analysis procedure for the convenient estimation of nonlinear seismic demands of high‐rise rocking wall structures. For this purpose, the displacement modification approach used in the nonlinear static procedure of ASCE/SEI 41‐13 is adopted. However, in the current study, this approach is extended to every significant vibration mode of the structure whereas the displacement modifying coefficients for different modes are calculated using the typical flag‐shaped hysteresis behavior of rocking walls. The parameters of this hysteresis behavior are selected to represent rocking walls with a practical range of energy dissipation capacity and postgap‐opening stiffness. The computed peak inelastic‐to‐elastic displacement ratios are presented as mean spectra, which can be used for the convenient estimation of pushover target displacement for every significant vibration mode. The accuracy of proposed procedure is examined using the seismic demands obtained from the nonlinear response history analysis of a 20‐story case study rocking wall structure. Furthermore, a modal decomposition technique is used to determine the individual modal seismic demands. The proposed procedure is found to predict both the combined and the individual modal demands with a reasonable accuracy and can serve as a convenient analysis option for the design and performance evaluation of high‐rise rocking wall systems.     

基于能量的模态pushover分析方法

提出了一种基于能量的模态pushover分析方法,解决了高阶模态能力曲线失稳的问题。该方法利用基于结构变形吸收能量的等效位移,计算结构在地震作用下的非线性总体变形,替代模态pushover中基于顶点位移的变形解法,采用基于能量原理的等效单自由度体系,结合等强度谱计算目标位移,以目标位移对应的能量指标求出相应的结构性态反应,采用SRSS方法组合得到结构的最大反应。以9层钢框架结构为例对所提出方法进行了验证,结果表明:该方法可以考虑高阶效应,不会出现能力谱折返的失效情况,而且与时程分析法相比,该方法计算效率高且具有较好的精度。     

悬索及其索网在高温(火灾)作用下的计算

对悬索及其双曲索网结构在索张紧状态下发生火灾时结构的反应特点进行分析。在节点荷载作用下,悬索及其双曲索网的面内位移相对于面外位移来说是一个较小量,可以忽略;且高温作用下索网结构具有"卸载"的特性,据此对悬索及其索网结构在荷载作用同时经受高温作用时结构反应进行理论推导,同时,考虑了材料和索网结构的几何非线性问题。算例表明,该方法正确、简便,精度满足工程要求。