高层建筑结构直接基于位移的抗震设计方法

首先对结构进行自由振动分析,求出各阶振型的弹性自振周期及相应的振型值;然后根据各振型的自振周期,由位移反应谱导出单自由度体系的等效位移,接着由等效原理反推出结构各振型的弹性位移,振型组合后得到结构的位移曲线;再由与性能水平相应的结构层间侧移角限值确定结构各振型目标侧移,对其分别进行分析计算,振型组合求得结构层间剪力,实现了考虑高振型影响的高层建筑结构直接基于位移的抗震设计。通过算例介绍了方法的全过程,并由弹塑性时程分析验证了方法的可行性,为高层建筑结构直接基于位移的抗震设计提供了一个可供参考的思路。     

静力弹塑性分析中目标位移的研究及应用

对比研究了构建能力谱曲线的2种方法,即ATC-40中的能力谱方法和基于能量的增量位移方法,并利用强度折减系数-延性系数-线性周期关系构建了需求谱曲线;以带梁式转换层的框支剪力墙结构为例,分析了改进方法应用于此类复杂高层建筑的可行性。结果表明：2种方法得到的能力谱曲线比较吻合,利用改进的能力谱方法得到的能力谱曲线更为平滑且稳定,确定的目标位移小于ATC-40中能力谱方法确定的目标位移,振型模式侧向荷载下的目标位移稍大于振型分解SRSS模式侧向荷载下的目标位移。     

劲性索结构竖向地震位移解析解及其特性分析

目前,利用振型分解反应谱法计算劲性索结构竖向地震位移的解析解还没有被提出,本文在劲性索结构固有振动能量变分解析解的基础上对劲性索结构竖向地震位移解析解及其特性进行了研究.首先根据劲性索结构固有振动能量变分解析解得到劲性索结构各阶固有振动频率和相应的振型;然后利用振型分解反应谱法分别计算40m、65m、72m三种不同跨度劲性索结构的竖向地震位移;最后运用ANSYS有限元软件对此三种不同跨度劲性索结构进行谱分析来验证本文提出的劲性索结构竖向地震位移解析解的正确性.研究发现:(1)三种不同跨度的劲性索结构分别在8度、9度抗震设防下,依据劲性索结构固有振动能量变分解析解与振型分解反应谱法所得到的竖向地震位移曲线与ANSYS有限元软件分析得到的地震位移曲线基本重合,说明本文提出的劲性索结构竖向地震位移解析解适用于计算劲性索结构竖向地震响应;(2)在进行振型组合时,劲性索结构的前两阶正对称振型的组合位移曲线与前四阶正对称振型的组合位移曲线重合,说明劲性索结构的前两阶正对称振型对劲性索结构的竖向振动起控制作用;(3)劲性索结构竖向地震位移曲线的峰值位置并不是都出现在跨中而且曲线峰值个数不止一个,且随着劲性索结构跨度的改变而改变.此现象应该引起工程设计人员的足够重视,在进行劲性索结构设计时应考虑对这些位置采取加强措施,避免劲性索结构因变形过大而发生破坏.     

基于位移模式的能力谱方法探讨

分析提出了基于水平位移模式Pushover方法，介绍了该方法的实施步骤，对能力谱方法的基本原理进行了论述，并利用基于水平位移模式Pushover方法计算能力谱法中的能力曲线，通过算例验证该方法具有可靠性。     

在用RC框架结构基于位移的抗震性能评估

根据能力谱方法的基本原理 ,建立了在用RC框架结构基于位移抗震性能的评估方法。该方法采用了振型分解法建立的多自由度体系和等效单自由度体系之间的转换关系 ,以及由现行《建筑抗震设计规范》的反应谱曲线建立的结构抗震要求曲线。用本文方法对清华大学主楼 1 0层钢筋混凝土框架结构进行了抗震性能评估 ,同时进行了小震和大震作用下的弹塑性时程分析。本文方法得到的顶点位移角、层间位移角和塑性铰分布与时程分析的结果比较符合     

反应谱CQC法合理振型数确定的研究

结构抗震设计中,广泛应用反应谱CQC法计算结构的地震作用及其效应,参与组合的振型数是影响反应谱CQC法计算结果准确度的重要因素之一。本文对确定反应谱CQC法的合理组合振型数的方法进行了研究,应用反应谱CQC法的算例分析表明,质量参与系数法和振型位移控制法存在不足。本文根据对应规范反应谱的当量功率谱密度对质量参与系数法做出修正和完善,提出临界频率控制的方法,计算结果表明,此方法合理有效。     

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。     

求解性态点处位移的数值解法

由Push-over分析法可以得到结构的能力曲线,若想得到相应于性态点(Performance Point)处的结构位移则需要通过能力谱方法(Capacity Spectra Method)才能得到,而目前的能力谱方法均为图形方法,而且多数需通过迭代才能完成。本文在对能力谱方法分析的基础上,提出一种无需迭代即可求解性态点处位移的数值方法。用该方法求出4种框架结构在性态点处的位移值,并将所求出的位移值与用Chopra能力谱法求出的位移值进行了比较。比较结果说明用本文所提方法求解性态点处的位移值不但正确而且方法简单。     

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。     

隧道横断面反应位移法基本原理及其应用

我国大量的隧道工程位于高地震烈度区,隧道作为国家生命线工程的主体结构之一,必须对其抗震计算方法给予高度重视。基于隧道的振动特性,从地下结构与周围地层的整体运动微分方程出发,总结归纳隧道横断面反应位移法的基本原理及计算模型,得到均质半无限地层和非均匀成层地层在地震荷载作用下地层位移的求解方法,并通过反应位移法和时程法的计算和比较分析,对反应位移法的适应性进行探讨,研究结果表明：反应位移法理论清晰,反映地震响应主要由地层相对位移控制的土层或软弱岩层隧道的振动特性,在具备工程场地位移或速度反应谱的条件下,计算较方便快捷,不失为该类隧道的一种较好的抗震计算方法。     

A_y-D_y格式地震需求谱及其在结构性能抗震设计中的应用

在结构基于位移抗震设计的改进能力谱法基础上建议了屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱,其特点是:过原点的射线与不同位移延性系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”的多级性能目标提供了方便。借助于Pushover分析具体给出了一钢筋混凝土框架结构在不同风险水平地震作用下抗震性能评价实例。     

竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计方法

考虑结构在地震作用下不同反应阶段的动力特性,采用振型反应谱法,建立结构在不同地震作用水平下的弹塑性需求曲线族,即结构的层间剪力一位移需求曲线.结合结构的能力曲线,提出以楼层为研究对象的层间能力谱法.由结构的性能目标与位移延性的关系,建立性能目标与层间需求曲线的关系,从而得到考虑结构延性的层间需求曲线.通过计算分析表明,层间能力谱法可以有效的用于对竖向不规则结构进行基于性能的抗震设计,可以方便地对不同地震作用水平、不同性能目标的结构进行地震作用计算和配筋计算,并能控制结构在不同地震作用下的变形性能、塑性铰出现顺序及部位,与时程分析方法相比偏于保守,且比直接基于位移的设计方法具有明显的优势.     

多层石膏墙体钢网格式框架结构影响系数研究

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》并未给出多层石膏墙体钢网格式框架结构的结构影响系数,因此其抗震设计荷载取值还不明确。基于此,依据GB 50011-2010规范设计了6个典型的多层钢网格式框架结构模型,通过推覆分析得出结构的能力谱曲线,基于改进能力谱法得出罕遇地震和抗震设防烈度地震作用下的需求谱曲线。将结构的能力谱曲线和延性需求谱曲线族置于统一坐标系中,确定结构的目标位移以及性能关键点坐标。进一步考虑层数及标准层布置对结构延性和超强系数的影响,评估结构的抗震性能并给出结构影响系数取值。研究表明：多层钢网格式框架结构在抗震设防烈度地震和罕遇地震作用下的变形均满足抗震规范要求;其结构影响系数取3.0,位移放大系数取4.0;该结构可采用现行抗震规范进行设计,但设计结果偏于保守。     

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。     

规则结构抗震性能评估的改进能力谱方法

通常结构抗震性能评估的能力谱方法只能考虑结构的第一振型,不能考虑高振型对结构反应的影响,因而得到的结果具有一定的误差。通过引入等效振型和等效振型参与系数,建立一种可以考虑高振型影响的等效单自由度体系,利用结构抗震性能评估的能力谱方法对结构进行抗震性能评估。这种方法可以避免对结构进行复杂的非线性动力时程分析,而且能够得到比动力时程分析更多的结构抗震信息。实例分析表明,在结构的弹性反应阶段高振型对结构位移反应的影响并不显著,但是在非弹性反应阶段,高振型对结构位移反应有较大的影响;通常能力谱方法得到的评估结果比结构的实际反应要小,偏向于不安全的一面,建议的方法能够得到比较合理的结果。     

Shaking‐table test of a friction‐damped frame structure

This paper presents results from an international research project devoted to evaluating the seismic performance of a three‐storey steel frame structure equipped with a friction‐damping device (FDD) recently developed at the Technical University of Denmark. Experimental results indicate that the FDD performed very well in reducing the lateral storey drifts of the test frame. Numerical simulation of the seismic response of the primary and friction‐damped frame was also conducted. This paper also compares the predictions of the displacement demand from the test results with those obtained by the capacity spectrum method. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于性能/位移的能力-需求曲线设计方法

针对能力谱法结构地震位移需求难以确定,以及在长周期下可能产生较大误差等不利问题,本文提出了能力-需求曲线法.该方法保留了能力谱法的直观图解过程,可同时确定在不同地震强度等级下的结构抗震位移需求,包括结构的损伤指标及相应的概率.最后本文对各种需求曲线进行了比较,提出了有关建议.     

建筑结构基于位移的抗震设计

简要介绍了国外建筑规范、标准采用基于位移抗震设计的现状 ,介绍了三种分别考虑延性系数、能力谱和位移的基于位移的抗震设计方法 ,讨论了需要研究解决的若干问题     

ISCS method for the performance‐based seismic design of vertically irregular reinforced concrete frame structures

The procedure to obtain the inelastic demand curves for the multi‐degree‐of‐freedom system, composed of inter‐story shear versus inter‐story displacement curve is introduced. The demand curves are established by using mode spectrum method, and the dynamical characteristic of structure under different earthquake hazard levels is taken into account. The relation of structure performance object and displacement ductility is adopted to deduce the relation of structure performance object and inter‐story demand curve. Therefore, the inter‐story demand curves take into account the inelastic behavior of structure under earthquake action adequately. Then, considering the seismic responding characteristic and the capacity curve of the frame structure, a new method named Inter‐Story Capacity Spectrum (ISCS) is put forward for the performance‐based seismic design of vertically irregular frame structures. Examples are presented to demonstrate the applicability and the utility of the proposed method. It is concluded that the new method can control the inter‐story drift, the order and position of hinges of vertically irregular structures under different earthquake hazard levels. Comparing with time‐history analysis method, it leans to safe and is superior to direct displacement‐based design method. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.