基于整体刚度参数的空间结构模态推覆分析

由于空间结构具有三维受力特性,用静力推覆方法计算其地震反应存在如下问题,结构代表性节点荷载-位移关系难以选择、结构荷载-节点位移-支座反力之间的对应关系不够直观、结构能力曲线难以确定.利用振型形态确定荷载模式,对空间结构进行静力弹塑性分析;引入结构整体刚度参数,得出不依赖于支座反力变量的各主要模态的等效单自由度(ESDOF)体系力-位移关系;结合模态周期值,确定ESDOF体系等效质量,并将该体系应用于模态推覆分析.数值算例分析结果表明,基于整体刚度参数的模态推覆分析方法可避免空间结构能力曲线难确定的问题,计算耗时仅为时程分析方法的10%,沿地震输入方向计算得到的结构节点位移结果相对时程分析结果的平均误差为28%.     

格构拱结构动力响应评估的改进模态推覆分析法

静力推覆分析方法广泛应用于多高层结构在水平地震作用下的抗震性能评估,但将此方法直接应用于竖向地震作用下结构水平和竖向变形耦合显著的大跨度格构拱结构时,计算精度较差.引入结构静力稳定分析的特征刚度参数,提出了一种改进的模态推覆分析(IMPA)方法,通过第一阶段的模态推覆分析建立基于特征刚度的等效单自由度(ESDOF)体系;将各阶ESDOF的动力时程按振型组合进行第二阶段推覆分析,推导出推覆荷载公式;通过两阶段的推覆分析求解结构整体的动力响应.采用IMPA方法对某大跨度格构拱结构分别在硬土和软土场地若干条竖向地震波激励下的动力响应进行分析,与时程分析方法进行对比,计算结果表明:节点竖向位移和单元最不利应力的变化趋势基本一致,平均误差分别为10.5%和33.2%,计算耗时仅约为时程分析法的25%;随着竖向振型截取阶数的增加,IMPA方法的计算精度也相应提高.     

一种改进的结构推覆分析目标位移计算方法

在等效单自由度体系地震反应目标位移计算方法的基础上,提出考虑高振型影响的结构推覆分析目标位移计算方法.利用该方法和其他常用推覆分析方法,进行不同层数的钢筋混凝土规则框架结构推覆分析,并与地震反应非线性时程分析结果进行比较和分析.结果表明,所提出的改进方法能够较好地考虑结构地震反应中高阶振型的影响.     

高层建筑模态抗震设计中的多模态静力推覆分析

将模态推覆分析方法与用自适应的加载方式相结合,提出了一种改进的多模态静力推覆分析方法.运用模态推覆分析将多自由度体系解耦成每阶模态对应的单自由度体系,对于每阶模态下的推覆分析,当结构进入塑性阶段后,采用自适应的加载方式,得到每阶模态下结构的反应.将结构推至每阶振型下的目标位移,采用SRSS组合的方式得到结构的响应.对应每阶振型下推覆分析的目标位移采用非弹性能力谱方法来计算.对不同高度的多高层钢框架-混凝土核心筒混合结构在8度罕遇地震下抗震性能进行了评估.结果显示,本文的静力推覆分析所得的结构响应同非线性动力时程分析所得的结果吻合较好.     

柱面网壳地震位移需求计算的迭代等效推覆方法

为提高采用推覆方法计算柱面网壳地震位移需求的效率和精度,提出一种改进的推覆方法。基于能量等效原理,建立不依赖中间参数或增量计算的等效单自由度体系。根据等能量原则,提出确定目标位移的迭代等效方法;采用完全二次项平方根方法(CQC)组合各主振型等效体系目标位移处的振型反应得到结构需求。算例结果表明,相比传统的推覆方法,基于迭代等效的推覆方法得到的柱面网壳最大节点位移、整体位移包络的误差较小。当结构反应由多振型共同主导时,该方法的计算精度稳定。     

两维地震激励下格构拱动力响应简化评估方法

通过对振型位移响应进行合理的线性组合,给出了两维地震激励下格构拱结构的变形模式,基于该变形模式导出了推覆分析的荷载模式,采用该荷载模式对结构进行一次非线性推覆分析,建立了一种等效单自由度体系,通过对该等效单自由度体系进行时程分析,求得结构目标性能点,进而得到结构整体动力响应;在此基础上,通过对两维地震动输入进行适当简化,提出了格构拱在两维地震激励下动力响应的简化评估方法.采用简化方法对某大跨度柱承格构拱结构分别在硬土和软土场地一系列地震波两维分量激励下的动力响应进行分析,与时程法分析结果进行对比表明:简化方法计算的动力响应变化趋势与时程法基本一致,两向节点位移和单元最大应力平均误差分别为15.1%、12.5%和16.6%,但计算耗时仅约为时程法的25%.     

索杆结构非线性地震反应分析的设计反应谱法

基于结构体系刚度概念,将索杆体系各主振型的荷载-位移关系表达为等效单自由度(ESDF)体系的受力-变形关系;将ESDF体系刚度表达为其位移的二次函数;运用随机等效线性化方法,将ESDF体系的非线性刚度等效为线性刚度ke,推导得出ke与ESDF体系位移响应d的关系式;联立刚度-位移格式的设计反应谱表达式及ke-d关系式,求解ke及d,得出整体结构地震反应.以六边形索杆结构为例,分别采用本文方法、时程分析法和线性振型叠加法计算结构位移响应,结果表明,本文方法所得结构位移值与时程分析值偏差仅为10.8%,精度明显高于线性振型叠加法.     

±1100 kV特高压输电塔风振响应频域分析

为研究扭转振型对长横担输电塔振动响应的影响,在考虑风速水平空间相关性的基础上,采用有限元频域方法分析准东—华东±1 100 kV输电工程角钢塔风振响应。首先,对比频域和时域方法得到的节点位移功率谱曲线及节点位移均方根,验证有限元频域方法的准确性;其次,分析弯曲振型、扭转振型及高阶弯曲振型对输电塔节点位移、节点加速度、杆件轴力和基底反力均方根的贡献;最后,在考虑扭转振型贡献的基础上,计算扭转向等效静力风荷载,并对比扭转静力风荷载、规范方法及频域方法得到的杆件轴力。研究结果表明:扭转振型对塔身下部及横担端部节点位移、横担端部节点加速度、塔身斜材轴力及基底反力均方根影响较为明显;高阶弯曲振型对塔身下部节点加速度均方根影响较为明显;与频域方法相比,规范方法得到的主材轴力偏大2.2%左右,斜材轴力偏小16.1%～92.5%,说明规范方法对主材的保证率较高而对斜材的保证率较低;考虑扭转静力风荷载后,主材轴力偏大6%左右,斜材轴力偏大0.1%～15.8%,说明扭转静力风荷载能够在不明显提高主材轴力的基础上有效提高斜材的保证率。在类似长横担输电塔设计中应考虑扭转静力风荷载的影响。     

网架结构竖向抗震性能评估的等效简化模型

为建立分析效率高、计算精度高的网架结构竖向抗震性能评估方法,采用考虑结构质量分布的模态推覆分析荷载模式,对基于整体刚度参数的等效单自由度体系建立方法进行了改进.分析了网架结构竖向振动受重力作用影响显著、且竖向振动显著不对称的特点.假定网架结构向上振动时的等效荷载-变形关系为完全弹性,建立了简化的模态等效单自由度体系模型.给出了基于简化模型分析网架结构竖向地震反应和评估其竖向抗震性能的基本过程.数值算例表明,所提等效简化模型方法可较为精确地预测网架结构的竖向位移反应(跨中位移误差小于5%)和进入塑性的杆件分布位置,同时,简化方法计算耗时大幅低于非线性时程分析,易被设计工程师掌握使用.     

单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法

为克服传统推覆方法无法考虑结构动力稳定性问题的缺点,提出了一种能够考虑单层柱面网壳结构动力效应的阶跃推覆分析方法.首先,通过推覆分析,构造基于振型刚度的等效单自由度体系,获取网壳结构非线性能力曲线;然后,对网壳结构进行逐级阶跃加载分析,并对等效单自由度体系进行时程分析,转化得到临界失稳伪加速度;最后,结合地震反应谱,求得网壳结构动力失稳临界加速度因子.基于某单层柱面网壳的计算结果表明,所提方法简便有效.相比传统推覆方法,所提方法能够模拟出网壳结构动力失稳破坏现象,计算精度提高58.3%.所提方法给出的失稳模式与时程分析方法基本吻合,平均误差仅为23.6%,分析耗时减少75%.