改进分析过程的模态pushover分析

Chopra的模态pushover分析需要求解各振型等效单自由度体系动力方程,以得到结构对应振型pushover分析的终止目标位移,进而求解对应多自由度体系的各阶振型下楼层的位移。本文对Chopra的模态pushover分析过程进行了改进,通过振型pushover曲线与弹塑性反应谱相交的性能点来求解对应多自由度体系各阶振型下的楼层位移,以考虑高阶振型对静力弹塑性分析方法的影响。并通过SAP2000实现改进模态pushover分析过程,计算结果表明改进的模态pushover分析可以有效的考虑高阶振型影响。     

基于变形与能量双重准则的钢筋混凝土结构地震损伤评估

为了准确评估结构地震损伤,首先对能力谱法进行改进,考虑高阶模态及动力特性改变对结构地震反应的影响,采用基于能量准则的能力谱和弹塑性需求谱计算结构最大顶点位移。其次,推导多自由度体系(MDOF)与等效单自由度(ESDOF)体系的滞回耗能转化关系,利用多模态ESDOF体系的概念评估结构滞回耗能需求。在此基础上,同时引入结构地震变形与滞回耗能,改进模态往复pushover分析方法(MMCP),采用隐式双参数模型评估结构地震损伤。将该方法应用于两个三层钢筋混凝土框架,结果表明:MMCP分析在一定程度上模拟了地震作用,在精确的结构地震位移和滞洄耗能评估基础上,能够准确地预测结构整体和层间损伤。MMCP法还可以与设计反应谱相联系,使评估结果具有一定的普遍性和安全度。     

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。     

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。     

基于位移自适应能力谱Pushover方法

为改善Pushover方法预测效果,本文提出一种基于位移自适应能力谱Pushover方法。这种方法吸收了基于位移自适应Pushover算法、N2法以及能力谱方法的优势,引入了自适应能力谱特性。同时该方法可以高阶振型影响以及结构屈服以后侧向力分布的变化,也能反映结构瞬时变形状态的影响。为了评价该种方法的预测效果,以两个高层钢框架为例,采用Opensees软件进行Pushover分析以及弹塑性时程分析,将本文提出的方法计算结果与模态Pushover方法,基于力的自适应Pushover方法以及弹塑性时程分析的计算结果进行比较。结果表明:各种Pushover方法对楼层位移的预测效果明显好于层间位移角,基于位移自适应能力谱方法对预测楼层位移以及层间位移角预测效果误差指标小于其他Pushover方法,因此本文提出的这种方法可以有效改善目前Pushover方法预测性能。     

改进模态pushover法应用于高墩桥梁抗震分析

国内外尚缺乏针对高墩桥梁抗震的设计方法。介绍了模态pushover分析方法与能力谱法相结合后的改进模态pushover分析方法,并以实例进行高阶振型对高墩桥梁抗震能力的影响分析。将其计算结果与常规加载的pushover分析方法的计算结果进行比较,分析表明在高墩桥梁中不能忽略高阶振型的影响。     

索网结构非线性地震反应分析实用方法

采用现有方法分析索网结构非线性动力反应时,仅能对矩形平面索网结构建立等效单自由度(ESDF)模型,地震作用下,此类结构的响应只能采用时程法进行计算。基于结构整体刚度参数的概念,结合模态推覆分析方法,建立了任意形状索网结构的非线性ESDF模型,该模型刚度特性与Duffing系统相同。采用能量平衡法,导出了索网结构非线性ESDF体系的等效线性刚度ke与位移反应d的关系;结合ESDF体系的等效质量,将加速度-周期(a-T)格式的设计反应谱变换为刚度-位移(k-d)格式;与ke-d关系式联立求解得出ESDF体系的非线性地震反应。该方法在线性设计反应谱的基础上,合理考虑了索网结构的非线性刚化效应。数值算例表明,相对于线性振型叠加反应谱法,该方法具有更好的适用性。     

复杂结构的模态选取方法及在连体结构中的应用

针对复杂结构的各阶模态在地震反应中贡献悬殊,提出了基于模态参与因子的模态分析方法,以便于分析结构的动力特性和采用反应谱方法时结构反应的分析计算。通过动力特性分析和地震反应计算,验证了该方法的可靠性,并指出连体结构模态耦合复杂,高阶模态参与的反应较大,同时指出,增加连接层数可以使薄弱单体的结构性能得到较好的改善。     

基于能量反应谱的抗弯钢框架结构能量计算

基于能量的抗震性态设计方法需要合理估计实际结构的地震动输入能量及滞回耗能,以近场、远场地震动记录各6条作为输入,建立两组地震动总输入能及滞回耗能的等效速度谱,提出根据能量反应谱估计多自由度体系能量的计算方法。采用弹塑性时程分析法对3个不同层数的钢框架算例评估能量计算方法的合理性。结果表明:基于能量反应谱计算多自由度体系总输入能及滞回耗能的方法精度良好,结果可靠。对高层结构或结构遭受对高阶振型敏感的地震波,建议按该方法考虑高阶振型所携带能量。     

偏心框剪结构基于多模态的耗能减震设计研究

结合能力谱法的基本原理,运用基于多模态的耗能减震设计方法对偏心框剪结构进行性能化设计。提出附加阻尼器后结构的性能目标,并对原结构各阶模态进行Pushover分析,得到各阶模态等效单自由度体系最大位移的比值,利用SRSS法将目标位移用第1阶等效单自由度体系的最大允许位移表示。同时依据能力谱法的基本原理计算结构所需附加阻尼比,并根据阻尼系数与层间位移成正比的分配模式对所选粘滞阻尼器进行合理的布置。对原结构与附加阻尼器结构进行时程分析,计算结果表明:附加阻尼器后,结构的位移响应减小较多,层间位移角趋于均匀,其抗震性能可达到预先提出的性能目标。     

空间结构多维地震反应两阶段推覆分析方法

现有的推覆分析方法在计算空间结构多维地震响应组合值时,采用的"平方根式"组合准则丢弃了响应的正负符号,造成结构响应模式"正向膨胀"的失真现象,且针对响应进行组合的计算方式也丧失了推覆分析能够观察结构弹塑性发展全过程的特有优势.针对此问题,提出空间结构多维地震反应两阶段推覆分析方法,该方法在基于振型刚度的第一阶段非线性推...     

Pushover方法的准确性和适用性研究

Pushover方法作为一种建筑结构弹塑性地震响应的简化近似计算方法和抗震性能评价方法已得到广泛应用。但由于其理论基础不严密,其准确性需要给予必要确认,同时其适用性也应受到一定的限制。本文以逐步增量弹塑性时程方法的结果为基准,分别以一个普通6层RC框架结构和一个18层RC框架-剪力墙结构为例,对Pushover方法的准确性和适用性进行了分析研究。结果表明,Pushover方法仅适用于以第一振型为主的高度不大的结构,且应采用两种以上的侧力模式;对于高阶振型影响较大的结构,该方法的准确性较差,承载力预测显著偏低。     

Target roof displacement of degrading moment-resisting frames

In application of the nonlinear static procedure or static pushover analysis for estimating seismic demands of building components due to an earthquake ground motion, the peak (target) roof displacement needs to be estimated so as to quantify the global seismic demand. Most of the methods for this estimation are based on using the response of an equivalent single-degree-of-freedom (SDF) system that does not explicitly account for degradation behaviour. Hence, these methods may not be suitable for use in reinforced-concrete (RC) buildings. This study proposes that the equivalent SDF system should include the effects of degradation and its degrading properties can be determined from cyclic pushover analyses. The accuracy of the proposed method is investigated by comparing the peak roof displacements of RC moment-resisting frame buildings estimated by the proposed degrading equivalent SDF systems to the ‘reference’ value determined by nonlinear response history analysis of multi-degree-of-freedom (MDF) system building models. It was found that the use of the degrading equivalent SDF systems can predict the peak roof displacement more accurately than using non-degrading, or bilinear, equivalent SDF systems, especially in the case of non-ductile RC frames with significant degradation.     

框架——剪力墙结构的静力弹塑性分析研究

静力弹塑性方法作为一种评价结构抗震性能和计算结构弹塑性变形的简化方法,近年来得到了广泛应用。但由于传统的定侧力模式的静力弹塑性方法只考虑第一振型,无法反映高层建筑结构的高阶振型影响。为考虑高阶振型的影响,Chopra在振型分解反应谱组合法的基础上,提出了MPA方法。本文首先讨论了应用MPA方法需注意的问题,然后用一个18层钢筋混凝土框架—剪力墙结构为算例,以逐步增量弹塑性时程分析结果为基准,对传统定侧力模式静力弹塑性方法和MPA方法的分析结果进行了对比研究。结果表明,相比于定侧力模式静力弹塑性分析结果,MPA方法的分析结果更接近弹塑性时程分析结果。     

基于推覆分析方法的支护桩位移监控研究

在已建立基于性能的支护桩测斜监控体系的基础上,在基坑开挖监控过程中引进推覆分析方法。支护桩的性能水平划分为使用良好、明显开裂和倒塌预防3种。将水平测斜数据作为目标广义位移的参考量,用弹塑性方法得到塑性铰属性,使用归一化抽象荷载作用下的弹性地基梁作为支护桩的推覆分析模型,在各施工工况下进行逐步弹塑性推覆分析,以单向单调加载来包络主动区土压力和各种形式的超载,得到支护桩侧向荷载、监测位移、性能水平三者的关系,由当前实测位移反分析支护桩承载性状并估计其继续位移能力,用以开挖监控和加固方案的实施。该方法涉及支护桩破坏过程和位移能力等性能要素,推覆分析方法基于弹性地基杆系有限元方法,推覆荷载归一化为3种可能的模式。最后给出弹性地基梁实现推覆分析的细节和步骤以及一个位于浙江中部软土地区基坑开挖监控的详细算例。实践和算例均表明,该方法结果可靠、简单实用,利于进行基坑排桩结构按变形控制设计和基于性能的开挖监控。     

基于能力谱法原理的改进模态静力弹塑性分析

模态静力弹塑性分析法中,动力时程分析部分的可操作性较差,且分析结果不稳定.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结构的位移反应,并通过平方和开方法求得结构的总位移反应,用其与结构某一性能水平的位移(层间位移角)限值进行...     

Seismic performance evaluation of an airport traffic control tower through linear and nonlinear analysis

Due to a lack of adequate information about seismic design and the performance of airport traffic control (ATC) towers, structural engineers often rely on building codes. However, seismic performance and the demands of ATC towers differ significantly from common structures. In this paper, the seismic performance of Kuala Lumpur International Airport traffic control tower, with a height of 120 m, was investigated. The results showed that in comparison to modal response spectrum analysis, equivalent static analysis overestimated overturning moments, drifts, maximum displacement and demand/capacity ratio. In addition, linear analysis underestimates base shear, drifts and overturning moments in comparison to the results of nonlinear time history and pushover analysis.     

Displacement estimation of nonlinear structures using the force analogy method

Significant effort has gone toward developing accurate and efficient displacement estimation procedures for the nonlinear multi‐degree‐of‐freedom (MDOF) system. Although the dynamic nonlinear analysis is capable of providing the high computational precision through the step‐by‐step time integration method, the simplified method is still expected and imperative for seismic design practices. The work presented in this paper focuses on the implementation of using the modal superposition method to estimate displacement responses of the nonlinear MDOF system based on the force analogy method (FAM). The current research demonstrated that the equation of motion for the nonlinear MDOF system can be decoupled, but other two governing equations in the FAM about the internal force, such as the moment and force of structural members, are not decomposable. Thus, the FAM is incorporated with the modal pushover analysis (MPA) method to determine the basic parameters of each mode such that the modal superposition method can be suitable for the solution of the nonlinear MDOF system. The procedure presented here is an approximately estimation method due to the application of MPA method. However, the value and potential for the maximum displacement estimation of the nonlinear MDOF system were demonstrated through the application in a framed structure. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.