基于MPA和IDA的偏心結(jié)構(gòu)性態(tài)評估分析方法.pdf

1、基于性態(tài)的地震工程及其相關(guān)設(shè)計理論、方法等都是目前地震工程學(xué)術(shù)界和工程界廣泛關(guān)注的課題。其主要的研究內(nèi)容為如何依據(jù)設(shè)防水準(zhǔn)合理確定設(shè)計參數(shù)，使結(jié)構(gòu)的抗震能力最優(yōu)，并使結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度的地震作用下，達(dá)到預(yù)計的性態(tài)水平，以減少生命財產(chǎn)損失。在性態(tài)抗震理論中，采用何種方法高效、精確地分析結(jié)構(gòu)的性態(tài)反應(yīng)，是基于性態(tài)的地震工程中的重要基礎(chǔ)課題之一。同時，近年來我國大、中型城市中土木工程建設(shè)日漸增多，其中不乏偏心和不規(guī)則結(jié)構(gòu)，如何科學(xué)合理地分析這些偏

2、心或不規(guī)則結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震性能、評估其性態(tài)反應(yīng)，已成為目前性態(tài)反應(yīng)分析研究中的關(guān)鍵問題之一。
　　針對基于等效單自由度體系和單向地震動輸入的能力譜方法無法反映偏心結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)反應(yīng)特性的問題，本文利用偏心結(jié)構(gòu)模態(tài)信息，通過建立模態(tài)等效多自由度體系，并拓展模態(tài) Pushover分析方法在偏心結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，對偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化分析、性態(tài)反應(yīng)評估。改進(jìn)了考慮平扭耦聯(lián)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)性態(tài)評估方法，使其進(jìn)一步完善，也為偏心結(jié)構(gòu)基于性態(tài)的抗震設(shè)計

3、等工作提供了新思路。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　?。?）針對模態(tài)靜力非線性分析中，基于頂點(diǎn)位移的能力曲線存在失穩(wěn)現(xiàn)象，分析了這種失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理，認(rèn)為實(shí)際結(jié)構(gòu)振動中這種失穩(wěn)現(xiàn)象并不存在，而是由推覆過程造成的。通過在模態(tài) Pushover中利用基于結(jié)構(gòu)變形能的等效變形替代基于頂點(diǎn)位移的變形，解決了高階模態(tài)能力曲線失穩(wěn)的問題。通過與頂點(diǎn)位移計算變形的方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明本文方法穩(wěn)定、精度好，且不增加計算量。能力曲線穩(wěn)定

4、性問題的解決，也為模態(tài)能力譜在偏心結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）結(jié)構(gòu)樓層平面內(nèi)偏心且受到單向地震作用的情況較為常見，單向偏心結(jié)構(gòu)模型也是研究平扭耦聯(lián)反應(yīng)最常用的模型。本文通過將單向偏心結(jié)構(gòu)基底扭矩和頂點(diǎn)扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成扭轉(zhuǎn)能力曲線，考慮了平扭耦聯(lián)效應(yīng)，拓展了模態(tài) Pushover分析方法和能力譜方法。通過將等效單自由度體系構(gòu)造單向偏心特性，引入扭轉(zhuǎn)自由度，提出等效二自由度簡化模型，可以快速、可靠地求解單向偏心結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng)，進(jìn)

5、行性態(tài)評估。
　　（3）平面雙向偏心結(jié)構(gòu)受到雙向地震作用時，其非彈性反應(yīng)十分復(fù)雜，本文基于模態(tài)分解理論，將結(jié)構(gòu)按模態(tài)簡化成含有三個自由度的簡化體系，提出了等效三自由度簡化模型，并依照平動、扭轉(zhuǎn)的模態(tài)能力曲線考慮其非線性特性，解決了雙向偏心結(jié)構(gòu)性態(tài)評估問題，使能力譜方法能夠更好的分析雙向偏心結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，通過引入等位移原理簡化了本文提出的性態(tài)評估分析方法。分析表明，本文方法計算精度好，效率高。
　?。?）靜力非線性分析中，加

6、載模式的選取將直接影響到性態(tài)評估的結(jié)果。自適應(yīng)加載模式能夠合理的考慮結(jié)構(gòu)體系非線性的發(fā)展，但自適應(yīng)加載的能力曲線也存在失穩(wěn)現(xiàn)象。在分析總結(jié)多種加載模式的基礎(chǔ)上，為了全面的考慮偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段的性態(tài)反應(yīng)，本文通過將結(jié)構(gòu)變形能等效為兩個平動變形和一個扭轉(zhuǎn)變形指標(biāo)，來代替頂點(diǎn)位移和扭轉(zhuǎn)角變形，解決了三維能力曲線失穩(wěn)的問題，提出了自適應(yīng)三維能力譜方法，并用雙向地震作用下復(fù)雜偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗證。
　　（5）等效多自由度簡化模型可以較好

7、的考慮偏心結(jié)構(gòu)的空間耦合反應(yīng)，且具備計算效率高、峰值反應(yīng)精度好的優(yōu)點(diǎn)；增量動力分析方法可以全面的評估結(jié)構(gòu)的抗震性能，但需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的非線性時程分析，計算量巨大。本文方法將兩者結(jié)合在一起，通過將等效二自由度和等效三自由度簡化模型引入增量動力時程分析中，提出偏心結(jié)構(gòu)的簡化增量動力分析方法：2D-IDA和3D-IDA方法，使增量動力分析方法分別應(yīng)用于單向偏心結(jié)構(gòu)受單向地震動作用以及雙向偏心結(jié)構(gòu)受雙向地震動作用的性態(tài)評估之中，解決了偏心結(jié)構(gòu)