在大震下 RC框架结构基于Pushover方法的失效相关性分析

目前,基于性能的建筑结构抗震设计成为世界各国土木工程界研究的热点之一.结构体系可靠度理论是进行结构性能分析的重要的理论基础.在结构体系可靠度的计算中,一个急待解决的问题是结构构件或截面间的失效相关性问题.本文基于pushover方法,采用Monte Carlo法和随机有限元法,在小震研究成果的基础上,进一步研究了钢筋混凝土框架结构在大震情况下的失效相关性问题,分别得出了框架梁、柱在大震作用下的部分失效相关性规律.     

基于抗震能力和动力特性的CFRP和钢平板网架跨越能力分析

空间结构正在向着超大跨度发展,而结构自重是限制其实现这种跨越能力的重要因素,轻质高强的纤维复合材料的出现为这一问题的解决提供了有效的途径.利用轻质高强的碳纤维复合材料(CFRP)作为构成空间结构的基本材料,以空间结构中最普遍采用的平板网架为研究对象,研究了CFRP平板网架的动力特性和抗震能力,并与传统钢网架进行了比较.首先,分析了不同跨度CFRP网架和钢网架的动力特性;然后,对比分析了常遇地震作用下不同跨度CFRP网架和钢网架的地震反应;随后,研究并比较了强烈地震作用下100m跨度CFRP网架和钢网架的抗震能力;最后,比较了相同跨度和杆件截面尺寸条件下CFRP网架和钢网架的跨越能力.分析结果表明,CFRP网架的力学特性和抗震性能均明显优于钢网架,具有更好的跨越能力.     

屈曲约束支撑框架Pushover分析的加载模式研究

Pushover分析方法存在的不足主要表现在不能考虑高阶振型的影响和结构进入弹塑性状态后振型的变化2个方面.对此,文中提出了振型组合方式为完全平方组合的多段加载模式,并通过OpenSees对一个屈曲约束支撑框架结构算例进行分析,说明了采用多段加载模式计算精度明显提高.     

简支混凝土梁桥Pushover分析简化方法

静力Pushover分析方法是研究结构在地震作用下力学性能的非线性分析方法,目前已经得到了广泛的运用.本文主要讨论了对于简支梁桥的简化Pushover分析方法.对于非高墩的规则桥梁,结构的重量主要来自于上部结构,因而可以把分析模型简化为单自由度体系.当给定了墩柱潜在塑性铰区的弯矩-曲率关系曲线后,可以通过简单的运算得到其Pushover曲线,从而避免了有限元建模的麻烦.该方法对于工程运用有着一定的参考价值.最后,结合算例表明了该简化方法的有效性.     

结构Pushover分析的侧向力分布及高阶振型影响

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的建筑结构抗震设计规范。侧向力分布的选取是结构Pushover分析中的一个关键问题,尤其高阶振型影响显著时其选取直接影响Pushover分析的结果。本文通过拟合规范反应谱,挑选了适用Ⅱ类场地的4条地震动记录和4条人工波,对比了典型地震动下非线性时程分析和采用5种不同侧向力分布的Pushover分析的5层、10层和15层钢筋混凝土结构在不同地震动强度时的反应。通过结构振型参与系数量化了各个结构的高阶振型的影响。研究发现,随着结构层数的增加和地震动强度的增加高阶振型的影响变大,侧向力的选取变得十分重要。本文对在高阶振型影响下钢筋混凝土框架结构的Pushover分析中侧向力的选取提出了建议。     

高层钢结构地震失效模式控制的失效路径修正法

本文主要研究高层钢框架结构的地震失效模式及其控制方法。首先,给出了高层钢结构的地震失效模式的分析方法;其次,提出了根据结构的失效路径来加强构件对高层钢结构的地震失效模式进行控制的方法;然后,提出了结构整体抗震能力的分析方法以及分别相应于设计能力和屈服能力的能力储备分析方法;最后,通过对一座15层的钢框架结构进行典型地震动下的极限时程分析和极限pushover分析,得到高层钢框架结构的失效模式和整体抗震能力以及相应于最弱失效模式的能力储备,并验证了本文中地震失效模式控制方法的有效性。本文的研究表明,高层钢结构的地震失效模式控制可以采用结构失效路径修正(薄弱构件加强)来实现。     

基于Pushover方法的漫滩软土区地铁车站抗震分析

为研究地下结构Pushover分析方法在不同条件下的适用性,基于有限元软件平台,建立长江漫滩区地铁车站土-结构二维有限元分析模型,分别采用非线性动力时程分析方法与地下结构Pushover分析方法对5种不同土体刚度模型进行抗震分析。峰值层间位移角与峰值内力的分析结果表明,当土体刚度与结构刚度一致时,地下结构Pushover分析方法计算结果与非线性动力时程分析方法计算结果相近,而当土体刚度小于结构刚度或土体刚度大于结构刚度时,Pushover分析方法计算精度下降。     

基于IDA的层间隔震结构失效模式研究

层间隔震结构是由基础隔震结构发展而来的一种新型隔震结构。为研究层间隔震结构的倒塌,需先研究不同层间隔震结构的不同失效模式和失效位置,文章建立了3个不同结构参数的层间隔震结构有限元模型,选取20条与抗震规范反应谱吻合的地震动,采用增量动力分析（IDA）方法,分别对其失效模式和失效位置进行研究。研究表明:基于不同的结构参数,层间隔震的基本失效模式有三种,即隔震层水平位移超限导致结构失效、下部结构层间位移角超限导致结构失效、隔震层拉压应力超限导致结构失效;隔震层下部结构和隔震层最外边缘支座为结构的薄弱位置,应引起更多关注。此方法不仅可以研究结构的不同失效模式,还可以确定失效位置,可为下一步层间隔震结构的抗倒塌分析提供理论基础。     

基于IDA方法的基础隔震结构失效模式研究

为研究基础隔震结构的失效模式,提高该类结构的抗震性能,采用OpenSees建立了考虑上部结构非线性的基础隔震结构模型。首先,从太平洋地震工程研究中心地震动数据库(PGMD)选择11条与抗震规范反应谱吻合较好的地震动,然后,根据隔震层及上部结构失效准则,基于增量动力分析(IDA)方法,识别了基础隔震结构的失效模式;最后,采用不同的加强方案,优化基础隔震结构的最弱失效模式。结果表明:虽然各条地震动输入下的IDA分析结果有所差异,但均为隔震层首先失效,然后上部结构失效;通过同时加强隔震层及上部结构的薄弱构件,可有效提高基础隔震结构的抗震性能。     

密肋壁板结构计算模型及Pushover分析

在前期试验和理论研究的基础上,将密肋壁板结构中的密肋复合墙板等效为整体斜撑,提出结构的刚架 - 等效斜撑力学模型,并结合试验数据确立了该模型主要参数的计算方法及塑性铰的设定.采用该模型对一实际密肋壁板结构进行了Pushover分析并进行了抗震性能评估.结果表明采用该模型是实现密肋壁板结构Pushover分析及抗震性能评估的一种有效方法.     

型钢混凝土框架pushover分析

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法。由于型钢混凝土（SRC）构件塑性铰属性确定方面的原因,SRC构件难以直接应用于pushover分析方法,而常采用按“等刚度”原则转化为钢筋混凝土构件（RC）进行计算。本文从理论上给出了SRC压弯构件N-M相关曲线、Mx-My相关曲线的形成方法,提出了SRC构件M-φ曲线的确定及转化为塑性铰曲线的原则,并研究了SRC构件塑性铰区等效长度的计算方法,可为SRC结构进行pushover分析提供参考数据。按照本文方法,采用pushover方法对两跨三层SRC框架进行分析,结果与该结构模型振动台实验吻合较好。在此基础上,对10层SRC框架和采用刚度等效的3层、10层的钢筋混凝土（RC）框架进行了对比分析,结果表明,随着层数的增加,SRC结构相对于RC结构表现出更优越的抗震耗能能力。     

基于OpenSees的CFRP加固RC短柱抗震性能数值模拟

采用地震工程开源模拟软件OpenSees对CFRP加固RC短柱进行了静力Push over分析和低周往复加载分析,并与通用有限元软件ANSYS模拟结果进行对比研究.研究结果表明:利用CFRP进行加固,不仅阻止了RC短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,增强了结构延性,进而有效地提高其抗震性能;同ANSYS相比,OpenSees可以宏观的反映CFRP与混凝土共同作用的非线性力学特征,有效地对构件和结构进行加固后的承载力及抗震性能分析.     

Pushover analysis procedure for systems considering SSI effects based on capacity spectrum method

This paper presents a new procedure to transform an SSI system into an equivalent SDOF system using twice equivalence. A pushover analysis procedure based on the capacity spectrum method for buildings with SSI effects （PASSI） is then established based on the equivalent SDOF system, and the modified response spectrum and equivalent capacity spectrum are obtained. Furthermore, the approximate formulas to obtain the dynamic stiffness of foundations are suggested. Three steel buildings with different story heights （3, 9 and 20） including SSI effects are analyzed under two far-field and two near-field historical records and an artificial seismic time history using the two PASSI procedures and the nonlinear response history analysis （NLhRHA） method. The results are compared and discussed. Finally, combined with seismic design response spectrum, the nonlinear seismic response of a 9-story building with SSI effects is analyzed using the PASSI procedures, and its seismic performance is evaluated according to the Chinese ＇Code for Seismic Design of Buildings. The feasibility of the proposed procedure is verified.     

基于能力谱法的SSI体系抗震pushover分析方法

本文首先经过2次等效将土与结构相互作用的多自由度体系等效为单自由度体系,并给出了修正反应谱和等价能力谱的确定方法,进而提出了基于能力谱法考虑土与结构动力相互作用(SSI)效应的结构体系pushover分析方法(SSIPA);然后对3种不同高度考虑SSI效应的结构体系在5条地震动作用下采用本文提出的方法进行了算例分析,将结果与非线性时程分析的结果进行了比较,研究了本方法的适用性和准确性;最后,与建筑抗震设计规范的设计反应谱相结合,对9层考虑SSI效应的钢结构用本文提出的方法进行了弹塑性地震反应分析,根据我国抗震设计规范的规定进行抗震性能的评估验证了本方法的可行性。     

基于IDA法与Pushover法的混凝土核心筒抗震性能对比分析

足够数量地震输入的增量动力分析方法（IDA方法）是目前最为真实和先进的模拟结构抗震性能手段,而静力推覆分析方法（Pushover Analysis方法）操作简单,更为实用,可以较好揭示结构从弹性到屈服直至倒塌过程中构件的工作状态。采用2种方法对钢筋混凝土核心筒算例进行评估,并作对比分析。结果表明,采用IDA方法得到的4个性能水平与Pushover方法得到的指标限值有一定误差,但均在一定范围之内,采用IDA方法得到顶点位移角限值偏大;采用单一侧力模式的Pushover方法无法完全体现高阶振型及地震动等因素的影响,造成Pushover方法分析结果与结构实际弹塑性地震响应有一定差异。     

Pushover analysis of reinforced concrete frames considering shear failure at beam-column joints

Since most current seismic capacity evaluations of reinforced concrete(RC) frame structures are implemented by either static pushover analysis(PA) or dynamic time history analysis,with diverse settings of the plastic hinges(PHs) on such main structural components as columns,beams and walls,the complex behavior of shear failure at beam-column joints(BCJs) during major earthquakes is commonly neglected.This study proposes new nonlinear PA procedures that consider shear failure at BCJs and seek to assess the actual damage to RC structures.Based on the specifications of FEMA-356,a simplified joint model composed of two nonlinear cross struts placed diagonally over the location of the plastic hinge is established,allowing a sophisticated PA to be performed.To verify the validity of this method,the analytical results for the capacity curves and the failure mechanism derived from three different full-size RC frames are compared with the experimental measurements.By considering shear failure at BCJs,the proposed nonlinear analytical procedures can be used to estimate the structural behavior of RC frames,including seismic capacity and the progressive failure sequence of joints,in a precise and effective manner.     

Pushover analysis of asymmetric-plan buildings based on distribution of the combined modal story shear and torsional moment

A pushover procedure with a load pattern based on the height-wise distribution of the combined modal story shear and torsional moment is proposed to estimate the seismic response of 3D asymmetric-plan building frames. Contribution of the higher modes and torsional response of asymmetric-plan buildings are incorporated into the proposed load pattern. The proposed pushover method is a single-run procedure, which enables tracing the nonlinear response of the structure during the analysis and averts the elusiveness of conducting multiple pushover analyses. The proposed method has been used to estimate the response of two moment-resisting building frames with 9 and 20 stories. The obtained results indicate the appropriate accuracy and efficiency of the proposed procedure in estimating the trend of the drift profiles of the structures resulted from nonlinear time history analyses.     

现浇楼板参与工作后框架结构的pushover分析研究

为了研究现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,本文利用pushover方法对框架结构进行了分析研究,在分析中分别考虑和不考虑现浇楼板及其钢筋对梁抗弯承载力的贡献,通过对计算结果进行分析比较得出了一些结论,并对框架结构抗震设计提出了一些建议。     

Envelope‐based pushover analysis procedure for the approximate seismic response analysis of buildings

An envelope‐based pushover analysis procedure is presented that assumes that the seismic demand for each response parameter is controlled by a predominant system failure mode that may vary according to the ground motion. To be able to simulate the most important system failure modes, several pushover analyses need to be performed, as in a modal pushover analysis procedure, whereas the total seismic demand is determined by enveloping the results associated with each pushover analysis. The demand for the most common system failure mode resulting from the ‘first‐mode’ pushover analysis is obtained by response history analysis for the equivalent ‘modal‐based’ SDOF model, whereas demand for other failure modes is based on the ‘failure‐based’ SDOF models. This makes the envelope‐based pushover analysis procedure equivalent to the N2 method provided that it involves only ‘first‐mode’ pushover analysis and response history analysis of the corresponding ‘modal‐based’ SDOF model. It is shown that the accuracy of the approximate 16th, 50th and 84th percentile response expressed in terms of IDA curves does not decrease with the height of the building or with the intensity of ground motion. This is because the estimates of the roof displacement and the maximum storey drift due to individual ground motions were predicted with a sufficient degree of accuracy for almost all the ground motions from the analysed sets. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

模态静力非线性分析中模态选择的研究

本文应用模态静力非线性分析方法,对多个算例进行了静力非线性分析。比较分析了不同振型组合对计算精度的影响,对模态选择的参数进行了研究,提出采用模态质量参与系数进行模态选择的控制,为模态静力非线性分析方法的推广使用提供参考。另外,分析了结构基本周期对该方法计算精度的影响。