基于数值解与解析解耦合的SSI体系地震反应分析方法

基于子结构分析方法,提出了土-结构相互作用体系中数值解和解析解耦合的地震反应分析方法。此方法中,数值解是用有限元方法来模拟上部结构的非线性动力行为;而弹性结构-刚性基础-半无限大弹性地基中频域内的解析解,是通过离散时间递归滤波方法得到时域内的解来等效,且在整个体系中,利用土、结构两个子结构边界上的力和位移协调求解。本文提出的方法用有限元程序Opensees来实现,并用于一个线弹性单层框架结构的动力分析中。这种耦合的分析方法得到的结果,与土-结构相互作用单自由度体系的解析解进行了比较,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性。     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

考虑SSI效应储油罐的子结构实验方法与数值模拟

提出了应用振动台子结构试验方法来研究考虑土-结构相互作用（SSI）效应储罐的抗震性能,该方法将土体简化为双自由度八参量集总参数模型进行模拟,储罐作为试验子结构应用振动台加载,两部分联机完成振动台子结构试验。该方法能完成大比例尺储罐试验,具有传统试验方法难以比拟的优势。然后,通过数值模拟分析了SSI效应对储罐动力响应的影响。分别研究了不同储液高度和不同地基刚度对储罐位移和加速度响应的影响。研究结果表明：考虑SSI效应时,罐体位移响应和加速度响应均有所减小,土质越软,效果越明显;随着储液高度的增高,位移、加速度反应呈现减小趋势。     

残余位移反应谱的参数影响研究

从PEER强震数据库中选取4类场地的320条地震动记录作为输入,采用BISPEC程序对非线性单自由度（SDOF）体系（周期T=0.05—5s）进行非线性时程分析,得到相应的残余位移反应谱（Dres）,进而研究地震动特性和恢复力模型动力参数对Dres的影响,得到如下结论：①Dres谱值随震级和PGA的增加而增大;其他设防烈度的Dres可由PGA其他与PGA基准之比调整基准烈度的Dres得到。②场地土较硬时,场地类型对Dres的影响较小;场地土较软时,Dres谱值随土质的变软而增大。③当位移延性比μ较小时,屈服后刚度比η对Dres的影响可忽略;但当μ较大时,Dres谱值随η的增加而减小。另外,Dres谱值还随阻尼比ξ的增加而减小。④随着T或μ的增大,Dres谱值均呈递增趋势;但当μ>3后,μ对Dres谱值的影响有所下降。     

基于抗震承载力和改进能力谱法的钢筋混凝土结构耐久性设计

钢筋混凝土结构是一种广泛使用的结构形式,其耐久性设计是一个十分迫切需要解决的问题。在一般大气环境下,混凝土碳化和钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性的重要影响因素,在其作用下结构的抗震承载力发生变化,因此可将结构抗震承载力因素引入结构的耐久性设计中。采用改进能力谱法,以罕遇地震下薄弱层的弹塑性层间位移作为结构承载力指标,研究了一般大气环境下钢筋锈蚀因素对钢筋混凝土结构抗震耐久性的影响,提出了基于抗震承载力和改进的能力谱法的钢筋混凝土结构耐久性设计方法。通过一个五层钢筋混凝土结构的算例说明了验算结构抗震性能耐久行的必要性。     

附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计

基于改进的能力谱法,提出了一种附加黏滞阻尼器结构的抗震设计方法.首先利用改进的能力谱法评估待加固结构抗震性能,若不满足要求则用简单方法计算待加固结构满足给定性能目标所需的附加阻尼比.然后按文中提出的阻尼器阻尼系数3种分配方式,将所需的阻尼比分配于各个楼层.将所提方法应用于10层钢结构的设计,最后对初步设计的消能结构进行非线性动力时程分析,验证了所提方法的精确性.3种阻尼器分配模式下消能结构非线性时程分析结果表明,阻尼力正比于楼层剪力分配模式能取得最保守的设计结果,用改进的能力谱法设计的附加黏滞阻尼器结构能较好地满足给定的屋顶位移性能目标,基本满足层间位移角性能目标.     

弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。     

带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计

带加强层结构在加强层处的刚度发生剧变,从而引起侧向荷载下结构内力分布及变形的相应变化,地震作用下此类结构容易形成薄弱层,因而抗震性能较差。同时,带加强层的建筑物很多属于超限复杂高层建筑结构,无法直接套用规范方法进行抗震设计。根据带加强层高层建筑结构的受力变形特点及国内外研究者的研究成果,结合模态推覆分析理论和能力谱抗震设计方法,本文对带加强层高层建筑结构的受力变形性能作了详细的分析,提出此类结构基于能力谱法的抗震设计方法。此法采用受力层间侧移角作为性能指标,并针对加强层和普通楼层采用了不同的性能水准量化值,根据结构特点以底部和加强层上部两层楼作为薄弱层进行验算,最后通过算例验证所提方法的可行性。     

计算核电厂楼层反应谱的直接法及其对比分析

核电厂的楼层反应谱分析是核电厂房主结构和设备子系统抗震设计的主要依据.楼层谱计算方法可分为2种类型,一种是通过地震动反应谱输入直接得到楼层谱的计算方法,简称直接法;另一种是通过地震波输入的时程分析计算方法,简称时程法,文中主要研究前者.首先简要评述了几种具代表性的直接法,例如Biggs方法、Kaput方法、Singh方法等,并对它们的优缺点进行了分析.然后总结了我们的工程经验,并在Biggs和Kapur方法的基础上,提出一种修正模态法,既考虑了结构-地基动力相互作用的影响,又计算简便易行,也可获得比较满意的精确度.     

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.     

交错桁架多层钢结构推倒分析方法研究

随着基于性能的抗震设计思想的发展,推倒分析开始成为罕遇地震下多、高层结构抗震设计的有力工具。本文以交错桁架多层钢结构为例,采用推倒分析对其在E l Centro波作用下的地震反应进行研究,分别采用位移系数法和能力谱法确定结构目标位移,同时进行结构在相同地震动下的弹塑性时程分析。研究表明,推倒分析能准确地评价交错桁架多层钢结构的抗震性能,采用位移系数法和能力谱法确定的结构顶点侧移均与弹塑性时程分析吻合较好,对层间位移及塑性铰分布的预测,能力谱法比位移系数法更为准确。     

基于改进能力谱方法的位移反应估计

本文阐述了Pushover分析中改进能力谱方法的概念和实施步骤；对不同场地条件下四个中、低层框架结构采用改进能力谱方法估计的目标位移和非线性时程反应分析结果进行了比较，分析，并提供了不同场地条件下两种方法的相对误差，为该方法的实际应用提供了一些参考依据。     

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.     

考虑高振型影响的结构层间位移能力谱分析方法

工程界普遍采用的能力谱分析方法是建立在结构单自由度简化假设基础上，利用结构基本振型来进行能力分析。虽然此简化假设可以为工程界提供一种简便的分析方法，但从其分析效果来看，简化方法并不能很好地反映结构真实地震反应。高振型对结构局部变形的影响在分析结构动力反应特性中是很重要的因素，不应忽略掉。基于上述对现有能力谱分析方法不足之处的考虑，从提高结构能力谱分析方法的准确性出发，本文在Chopra能力谱分析方法的基础之上，根据我国振型分解反应谱思想，在能力谱分析方法中引入了结构高振型的影响分析，并提出了考虑结构高振型影响的结构层间位移能力谱分析方法的一般步骤。通过平面框架结构体系的算例分析，说明上述推荐方法在改进能力谱分析精度上的有效性。     

能力谱方法在梁桥抗震性能评估中的比较研究

本文在阐述了能力谱方法的基本原理和实施步骤的基础上,比较了五种不同的改进能力谱方法在计算原理和实施步骤上的差异,并对它们的特点进行了剖析。然后,用这五种能力谱方法分别对9个中短周期的梁桥纵桥向的简化模型进行6条地震波下目标位移的估计,并以非线性时程分析结果为标准,比较了这五种方法的计算精度。结果显示,前三个短周期体系方法的误差离散性比较大,周期大于0．65s后的误差基本稳定在±30％以内,使用非弹性反应谱的方法计算结果误差在±30％以内的个数多于对应使用弹性反应谱的方法,此外,精度较好的两条波,对应反应谱加速度峰值较小,且附近加速度变化较平缓。     

钢筋混凝土结构基于改进能力谱法的地震损伤性能设计

本文基于国内外非线性静力分析方法,阐述了最近由Ｃｈｏｐｒａ和Ｇｏｅｌ提供的改进能力谱法的基本概念和实施步骤;其次,结合文献「１８」中提出的钢筋沸凝土结构地震损伤“三水准”性能目标和改进能力谱法,提出了基于能力谱法的结构地震损伤性能简化设计及验算方法;最后,通过设计例题说明了本文方法的可行性,并将计算结果与时程分析进行了比较,显示了此法的有效性。     

基于改进点估计法的结构整体概率抗震能力分析

确定能力中位值和能力离差值是结构整体概率抗震能力分析的两个关键问题,文中分析了现有方法存在的缺点。在Zhao-Ono点估计法的基础上,引入基于随机向量边缘概率分布信息的Nataf变换,提出了改进的点估计法。将改进点估计法与Pushover分析相结合,提出了评估结构整体概率抗震能力统计矩的随机Pushover分析方法。以某五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,应用本方法,进行结构整体概率抗震能力分析,得到了结构整体抗震能力的易损性曲线。分析表明,所提方法是一种具有较高效率和较好精度的结构整体概率抗震能力的分析方法。     

基于能力谱的概率-非概率结构体系抗震可靠度

本文用概率模型考虑结构体系抗力不确定性的主要影响因素,用凸集模型考虑地震作用的不确定性,采用能力谱方法,分别求得了结构抗力的概率分布参数及地震作用效应的区间范围,通过二级功能方程方法求得了结构体系抗震可靠度。算例给出了本文方法的计算结果,并与经典概率可靠度进行了对比,表明本文方法是一种简便、合理的结构体系抗震可靠性分析方法。     

A procedure for evaluating seismic energy demand of framed structures

Energy serves as an alternative index to response quantities like force or displacement to include the duration‐related seismic damage effect. A procedure to evaluate the absorbed energy in a multistorey frame from energy spectra was developed. For low‐ to medium‐rise frames, it required a static pushover analysis of the structure to determine the modal yield force and ductility factor of an equivalent single‐degree‐of‐freedom system for the first two modes. The energy spectra were then used to determine the energy contribution of each mode. A procedure was also developed to distribute the energy along the frame height based on energy shapes. This study showed that the second‐mode response in some cases needs to be considered to reflect the energy (or damage) concentration in the upper floors. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.