基于多模态循环往复加载pushover方法对框架结构抗震性能分析

论文摘要

在强地震作用下,建筑结构进入弹塑性工作状态,静力弹塑性分析即Pushover法作为一种结构非线性响应的简化计算方法,已经成为基于性能的抗震分析中应用最多的方法之一。传统的Pushover分析方法采用的是单侧加载模式,逐级加载直至结构破坏,求得等效单自由度体系的能力谱,结合地震动需求谱,以评估结构的抗震性能,但这种传统的Pushover分析方法的加载方式大多数都是考虑单侧的加载方式,没有全面的考虑地震的循环往复的加载历程、强震的持续时间和地震对结构造成的累积损伤影响。针对上述地震反应的重要因素的缺点,提出模拟真实地震动的基于多模态循环往复加载的Pushover分析方法以及循环加载时目标位移时程的确定方法。本文的基于多模态循环往复加载Pushover分析方法是在传统Pushover方法基础上提出来的,并能更好地反映地面运动对结构加载历程以及结构滞回耗能造成累积损伤效应,其分析步骤为:将平面框架多自由度体系的按第一振型和第二振型分别转换为各自等效的单自由度弹塑性体系,分别对原平面框架多自由度体系和等效的单自由度弹塑性体系进行动力时程分析,然后由各自等效的单自由度弹塑性体系位移时程推算出原结构体系的等效顶点位移时程再叠加组合线性化为循环往复加载Pushover方法的位移加载历程,分析结果表明结构等效顶点位移时程与原结构顶点位移时程曲线走向大致相同,但是在较高层结构体系中考虑二阶振型得到位移时程曲线峰值的要比仅仅考虑一阶振型所得的值要精确。本文采用SAP2000结构分析软件来实现此方法,并因软件中提供的Link单元是一种具有滞回特性的非线性单元,故用其来模拟结构构件的非线性特性,并采用Pivot滞回模型作为构件的恢复力模型能取得相对比较理想的结果。通过对平面框架结构算例进行基于多模态循环往复加载Pushover方法,弹塑性动力时程分析方法和传统单侧Pushover方法三种分析方法进行分析平面框架结构层间位移和滞回耗能响应,通过三种分析方法所得结果的对比分析,讨论本文提出的基于多模态循环往复加载的Pushover方法不论是在层间位移或是层间位移角还是结构的滞洄曲线、总滞回耗能和层滞回耗能等方面能较好的对结构在循环往复地震作用下的反应进行抗震性能评估,为结构弹塑性性能评估提供一定的参考。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 抗震设计方法
• 1.2.1 常规抗震设计方法
• 1.2.2 基于性能的抗震设计思想
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 本论文的研究目的和内容
• 2 基于性能的框架结构非线性分析方法
• 2.1 非线性动力时程分析方法
• 2.1.1 建立动力方程及选取积分方式
• 2.1.2 阻尼参数设置
• 2.1.3 地震波按持时分类
• 2.1.4 地面运动选取方法
• 2.1.5 地震波峰值调幅
• 2.2 静力非线性分析方法
• 2.2.1 静力弹塑性 Pushover 方法基本原理
• 2.2.2 静力弹塑性 Pushover 方法侧向加载模式
• 2.2.3 静力弹塑性分析方法具体操作步骤
• 2.3 本章小结
• 3 基于多模态循环往复加载 Pushover 分析方法
• 3.1 建立结构力学模型
• 3.1.1 常用结构力学模型介绍
• 3.1.2 基于 Link 单元的杆系模型
• 3.1.3 钢筋混凝土框架结构构件恢复力模型的确定
• 3.2 位移形状向量的选取
• 3.3 等效 SDOF 体系的转化
• 3.3.1 等效 SDOF 体系简化的基本原理
• 3.3.2 本文采用的等效 SDOF 体系的方法
• 3.3.3 等效单自由度体系的恢复力模型
• 3.4 结构等效顶点位移时程的确定方法
• 3.5 循环往复加载的 Pushover 分析方法的分析步骤
• 3.6 本章小结
• 4 算例分析
• 4.1 框架结构分析模型的选取和设计
• 4.2 结构等效顶点位移时程分析讨论
• 4.3 循环往复加载的 Pushover 分析
• 4.3.1 基底剪力-顶点位移图
• 4.3.2 最大层间位移值
• 4.4 传统单侧 Pushover 分析结果
• 4.5 动力时程分析结果
• 4.6 三种分析方法的对比
• 4.7 本章小结
• 5 平面框架结构抗震性能分析
• 5.1 ATC-63 报告中提出抗倒塌评价指标
• 5.2 本文采用评估结构的耗能指标
• 5.3 地震作用下框架结构的能量方程
• 5.3.1 框架结构的滞回耗能
• 5.3.2 框架结构的滞回耗能方程求解
• 5.4 滞回耗能的计算
• 5.5 算例分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 框架结构时程分析顶点位移曲线及等效顶点位移时程对比
• B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文