高层建筑结构三维模态Pushover分析方法的研究

论文摘要

近年来的地震暴露出地震带来的经济损失愈加巨大的问题,使得工程界认识到以保证人的生命安全为一级设计准则的抗震设计理念已不能满足人们对结构抗震功能的深层次要求。在这样的背景下,研究者提出了基于性能的抗震设计理论。基于性能的抗震设计理论以结构的位移反应作为评估参考值,传统的基于承载力的设计方法已不再适用,取而代之的是基于位移的抗震设计方法,静力推覆分析方法是应用最为广泛的一种。一直以来在Pushover方法方面的研究都限于平面结构,但实际大多数结构存在不可忽略的扭转因素,进行空间分析是极为必要的。本文致力于将平面静力推覆分析方法推广到空间非对称结构中,提出了对空间非对称结构采用基于能量的模态Pushover分析方法。主要进行了以下几方面的研究:空间结构中模态Pushover分析中需要考虑水平推覆力及空间扭矩,本文从理论公式推导为出发点,证明了按照空间振型向量模拟地震力加载,每一阶模态的推覆力中都包含了三个方向的特性,有效地考虑了空间三向加载的影响。对于空间结构的模态分析出现两个方向的推覆曲线,本文进行了理论推导,证明任一方向的推覆曲线都可以代表结构的性能,为尽可能充分体现结构性能,建议选取反应强烈的主振动方向的推覆曲线进行计算。对于模态Pushover分析出现的高阶模态推覆曲线逆转现象,本文分析认为直接原因在于选取顶点位移作为结构性能的评估值,采用了基于能量的位移取代顶点位移作为参考值进行结构性能的评估,并从结构动力学理论方面对基于能量的位移给出了理论推导以及求解方法。选取一个缩层的非对称框架结构为算例,采用基于能量的模态Pushover方法进行分析,将其抗震分析结果与时程分析结果进行比较,证明了该方法用于空间结构抗震分析方面的可行性。另外,将分析结果与改进的MPA方法以及常规MPA方法的分析结果进行了比较,证明了基于能量的模态Pushover方法在空间结构抗震分析中的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 抗震设计理论发展
• 1.3 基于性能的抗震设计理论
• 1.3.1 抗震设防水准
• 1.3.2 结构性能水准
• 1.3.3 结构抗震性能目标
• 1.3.4 结构抗震分析设计方法
• 1.4 平面静力推覆分析方法
• 1.5 三维静力推覆分析方法
• 1.6 钢筋混凝土结构三维非线性抗震分析模型
• 1.6.1 结构分析模型
• 1.6.2 梁、柱单元分析模型
• 1.6.3 恢复力模型
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第2章 空间结构基于能量的静力弹塑性分析
• 2.1 静力推覆分析方法简介
• 2.2 模态静力推覆分析方法（MPA）
• 2.2.1 弹性阶段的MPA 方法
• 2.2.2 弹塑性阶段的MPA 方法
• 2.3 空间结构的基于能量的模态Pushover 分析
• 2.3.1 模态有效地震力
• 2.3.2 推覆曲线的选取
• 2.3.3 模态Pushover 的曲线逆转（Reversal）现象
• 2.3.4 基于能量的模态Pushover 分析原理
• 2.3.5 基于能量的位移D en 增量法求解步骤
• 2.3.6 目标位移的确定
• 2.3.7 组合规则的确定
• 2.3.8 空间基于能量的模态Pushover 的实施步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 空间结构计算实例
• 3.1 空间结构扭矩的施加
• 3.2 实例计算
• 3.2.1 算例说明
• 3.2.2 模态分析结果
• 3.2.3 空间结构加载结果
• 3.2.4 结构各阶模态响应计算
• 3.2.5 模态响应CQC 组合
• 3.2.6 分析结论
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于能量的三维MPA 方法准确性比较
• 4.1 空间结构的改进MPA 方法
• 4.1.1 改进的MPA 方法
• 4.1.2 改进的MPA 实施步骤
• 4.1.3 改进的MPA 方法实例计算
• 4.1.4 结果比较
• 4.1.5 分析与结论
• 4.2 空间结构的常规MPA 方法
• 4.2.1 常规MPA 方法实例计算
• 4.2.2 结果比较
• 4.2.3 分析与结论
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 本文的不足及需要继续研究的问题
• 参考文献
• 致谢