空间结构弹塑性地震反应分析的简化模型与方法

为解决应用模态推覆法计算空间结构弹塑性地震反应时,主振型数量过多、等效单自由度(ESDOF)体系双折线型力-位移关系与实际状况不吻合、结构荷载-节点位移-支座反力对应关系难确定等问题,提出一种简化的静力推覆方法.首先用SRSS方法组合振型节点位移以确定荷载模式,对结构实施静力弹塑性分析;然后采用整体刚度参数及等效质量,建立新的空间结构ESDOF体系;最后用多折线代替双折线表征该体系力-位移关系,基于该体系计算空间结构弹塑性地震反应.对K8单层球面网壳的分析表明:提出的计算模型及方法操作性强、省时;相对于时程分析结果,本方法所求大部分节点位移偏差在35%以内,进入塑性杆件数量偏差仅为7%,分布位置与时程分析结果基本对应.     

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%.     

预应力高桩码头振型反应谱抗震分析

高桩码头结构非线性地震时程分析时由于桩群数量众多,计算量过大,需要采用简化分析方法.首先介绍了超级桩的概念,将结构的桩群分组形成超级桩,用多个超级桩码头结构替代原结构,超级桩的刚度取为采用pushover分析得到的高桩码头力-位移曲线上对应于目标位移的割线刚度,阻尼采用等效阻尼,对超级桩模型进行弹性振型反应谱分析求解最大目标位移.将算例简化方法分析结果与非线性时程反应分析结果进行了对比,发现数值比较接近,表明超级桩模型可以用于估计地震下高桩码头的最大位移值,从而减少计算量.     

结构地震反应Pushover位移形状向量的选取

对结构静力弹塑性分析方法的物理意义进行了探讨，指出了该方法存在的一些局限，提出由结构前三阶振型的线性加权组合确定结构位移形状向量或将前三阶振型分别确定为前三个位移形状向量，并在把MDOF体系转换为等效SDOF体系和进行等效SDOF体系的动力时程分析时，将结构区分为屈服前和屈服后两种不同的状态、数值结果表明：采用改进的方法以后，目标位移计算精度明显提高，对结构的损伤评估结果与试验观测结果吻合．     

船闸闸室-地基相互作用体系地震动力特性三维数值分析

目的研究船闸闸室体系动力受力变形特性,分析其地震作用下船闸闸室结构-地基相互作用体系的动力响应特性,评价其抗震性能.方法采用子空间迭代法提取船闸闸室体系自然频率与振型,采用考虑几何非线性的Newmark隐式积分法求解船闸闸室动力体系方程,针对横向和竖向地震力作用下船闸闸室相互作用体系分别进行振型分解反应谱和动力时程分析.结果 3组水平地震波作用下,船闸闸室体系闸墙横向水平位移最大幅值为42.5 mm,最大拉应力为1.39 MPa.结论船闸闸室体系弹性动力时程分析与地震反应谱计算结果幅值水平相近,地震反应谱分析结果及进一步动力时程分析,船闸结构满足抗震规范要求.     

变刚度半主动控制结构的拟振型分解法

首先将单自由度变刚度半主动控制结构等效为一种特殊线性结构，给出了等效附加刚度比和等效附加阻尼比的定量计算公式；随后，利用上述等效关系建立了多自由度变刚度半主动控制结构的拟振型分解法，并就该方法的计算精度及其修正问题进行了探讨，数值分析结果表明，该方法可以较好地估算多自由度结构的各层最大相对位移和各层层间最大位移。本文工作为变刚度半主动控制结构的实用抗震设计方法的建立奠定了基础。     

结构能量反应的振型分解法研究

文章利用振型分解理论实现了弹性体系能量方程的振型分解,得出各阶模态能量反应方程,并提出了模态能量的概念;指出结构能量反应方程可以表示为各阶模态能量方程的叠加,并给出了结构总能量反应与SDOF体系相应能量反应间的关系式。此关系式有较强的物理意义,可从能量的角度反映Pushover分析中一些方法的合理性。     

高层复合墙板结构体系地震反应分析

为把混凝土灌芯纤维增强石膏板应用到高层结构中,选定了墙板厚度类型,并采用材料力学的方法把其简化为正交各项异性板,获得其等效弹性常数,引用Hill屈服准则来建立其本构关系．采用振型分解反应谱法和时程分析法对基于此板型的复合墙板结构体系的高层结构进行弹性和弹塑性分析,计算表明此结构具有足够的刚度和抗侧移能力．并将复合墙板结构与钢筋混凝土剪力墙结构的动力反应特性进行了比较,结果表明复合墙板结构具有优于钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能．     

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.     

高耸机场塔台结构地震反应的高振型影响分析

以顶部带有2层钢框架的北京机场控制塔台的振动台试验模型为计算对象，采用基于振型叠加的结构地震响应时程分析法，计算了该高耸塔台模型在地震作用下各个振型的时程反应．计算中采用了Rayleigh阻尼，由于结构是钢一钢筋混凝土结构，振型阻尼比不易确定，在本次计算中振型阻尼比取振动台试验测出的第1阶和第2阶振型阻尼比．结果表明高振型对塔台结构的最大位移的影响不大，但高阶振型对塔台结构地震剪力的影响却不容忽视．将计算结果与试验值进行了对比分析，验证了所得结论的正确性．     

上盖框架建筑的大底盘地铁车站结构抗震计算的振型分解法-反应加速度法

为得到上盖框架建筑时大底盘地铁车站结构的实用抗震设计方法,基于系列土-地铁车站及其上盖框架结构体系动力相互作用数值模拟试验,揭示了上盖框架结构对大底盘地铁车站结构地震响应的影响规律,再在借鉴地下结构抗震计算传统反应加速度法的基础上,提出一种适用于地上、地下一体化结构体系中的地下结构抗震分析的振型分解法-反应加速度法。首先,从理论上验证了振型分解法-反应加速度法的可行性,并详细介绍了该方法的力学模型和实施步骤;其次,以北京某核心区地铁车站与上盖高层建筑一体化工程为背景,对比时程法和传统反应加速度法的计算结果,分析了峰值加速度、结构刚度、土层刚度、上盖结构高度、地震波类型等影响因素下振型分解法-反应加速度法的计算效果。结果表明,提出的振型分解法-反应加速度法是一个操作简便、精度较高且计算结果偏于安全的简化分析方法,可在类似工程的抗震计算中应用。     

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.     

多层隔震结构近似实空间解耦及地震作用取值

为研究多层非经典阻尼隔震结构响应及其地震作用取值,首先建立了多层隔震结构响应近似实空间解耦分析法,并基于随机振动理论将结构位移随机响应方差解析分解为系列标准振子的位移与速度随机响应方差的线性组合;然后利用系列标准振子最大响应与反应谱的对应关系,建立了多层隔震结构基于抗震规范加速度反应谱的位移最大响应及其等效静态地震作用取值的近似解析分析法,并给出算例。采用本文方法计算的结构位移时程分析、位移响应方差和层间剪力设计值的最大误差分别仅为0.392 8%、0.020 6%和0.079 9%,结果表明该方法简便实用,精度较高,可用于工程实际。     

直接基于位移的橡胶支座隔震结构性能设计方法

将隔震结构简化为等效单自由度系统(ESDOF),隔震层采用铅芯橡胶支座,应用直接基于位移的性能设计方法(DDBD)分析隔震结构。重点讨论多自由度隔震结构(MDOF)向单自由度等效体系的转化方法,分析体系等效阻尼比、目标位移与等效质量。根据《建筑抗震设计规范》建立了位移反应谱,改进基于位移的性能设计方法的流程。设计高烈度区某隔震工程,假定各楼层的目标位移与体系等效阻尼比,通过性能设计流程最终得出各楼层的剪力分布;对设计的结构进行了时程分析校核,表明方法不但简单有效而且满足工程设计精度要求,可用于隔震结构的初步设计。     

大高宽比隔震结构隔震层参数确定及地震反应简化计算

根据超高层隔震结构等大高宽比隔震结构体系地震反应分析的单质点、双质点和三质点剪切型简化计算模型,对大高宽比隔震结构隔震层特性参数进行了研究,得出了隔震层水平刚度、最大设计位移和隔震支座压应力与界限荷载、压应力的关系.采用振型分解反应谱法,通过对地震反应分析预测简化计算方法的研究,提出大高宽比隔震结构的层间剪切力、层间变形以及层间最大位移反应等预测计算方法,以及多质点体系隔震层和上部结构的加速度反应分布计算理论式等.     

基于模态能量分析的结构滞回能量估算方法

建立能量谱和结构能量反应的关系,是基于能量抗震设计需解决的关键问题之一。根据多层结构体系在地震动作用下的能量平衡方程,运用弹性体系的振型分解思路,将多层结构的能量反应平衡关系拆解为多模态的能量反应平衡关系,推导出多层结构与其模态等效单自由度体系的能量反应平衡关系。运用考虑塑性反应阶段振型的“等效振型”替代弹性振型。建立通过模态滞回能量反应估算多层结构总滞回能量的方法。针对硬、中、软三类场地设计3栋6层模型,选取各类场地下的地震记录作为结构模型的水平激励进行非线性动力时程分析。结果表明,在一些情况下,通过模态能量分析能较准确地估算地震作用下多层结构总滞回能量。     

三维复杂高层建筑抗震性能动力时程分析

为了避免抗震设计规范中定性条文的不确定性限制而合理评价复杂型式高层结构整体抗震性能,通过建立大规模三维有限元数值模型和采用Newnuark逐步积分方法求解考虑几何非线性大变形的动力平衡方程,并将时程分析法与振型分解反应谱法进行对比分析.计算分析表明:三组地震波输入计算所得的结构各自底部剪力、平均底部剪力与基底剪重比均满足规范限值要求;从变形和内力结果上看,结构两水平方向侧向刚度差异较明显;时程内两水平向层间位移角平均最大幅值亦满足规范限值要求,但结构型式空间布局变化较大,结构沿高度存在多处刚度转换层,层间位移角发生多处突变;另外,结构局部区域竖向构件侧向转角超出规范线性层间位移角限值,结构局部可能会存在应力集中现象,在工程设计中应予以考虑.     

复杂三维框支-剪力墙结构动力特性与地震反应谱分析

为避免抗震设计规范中定性条文的不确定性限制而影响对复杂型式高层结构整体抗震性能的合理评价,建立大规模三维有限元数值模型,针对典型工程结构采用Lanczos法提取考虑阻尼和静力初始状态影响的结构自然频率与振型,并在此基础上进行双向水平地震力下考虑扭转效应的振型分解反应谱分析.计算结果表明:扭转振型的阶次较低,扭转周期与平动周期接近,扭转周期比满足规范限值要求;结构两个主轴方向的侧移刚度差异显著,结构沿高度存在多处刚度转换层,层间位移角发生多处突变;线性层间位移角幅值满足规范限值要求,但结构局部层间位移转角过大,在设计中应予以考虑.     

核筒——三个悬挂体结构地震动力反应分析

用拉格朗日方程建立核筒悬挂结构的运动方程,并且考虑了大位移非线性的影响。运用 Longe - Kuta 方法求出体系的地震动力响应时程。由计算结果得出核筒悬挂结构可以大大的减小层间位移、楼层位移、楼层速度和楼层加速度,减震效率达90%。核筒截面抗弯刚度对截面内力和筒身水平位移影响非常大,截面内力随着抗弯刚度的增大而增大。阻尼系数和吊杆长度对截面内力的影响非常小。楼层位移、楼层速度和楼层加速度随阻尼系数的减小而减小。     

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%.