Pushover方法在钢管混凝土拱桥抗震分析中应用

非线性静力分析(Pushover)广泛地用于房屋结构的抗震设计及性能评估,但在桥梁结构分析中仍处在探索和方法验证阶段。由于桥梁结构地震响应受高阶振型影响较大,采用了传统Pushover(SPA)、模态Pushover(MPA)和上界Pushover(UBPA)三种方法,并以四种侧向力的模式作用于桥梁结构,将Pushover方法应用于实际工程景洪大桥的地震需求评估。以非线性时程分析(NL-THA)方法的结果为标准,评估了Pushover方法在桥梁整体及局部构件地震需求估算中的有效性及误差范围。对比结果表明:综合考虑MPA和UBPA方法的优点,对钢管混凝土(CFST)拱桥纵向地震需求评估与NL-THA方法分析结果趋势相似,并提高了评估精度,验证了Pushover方法对CFST拱桥地震需求评估的适用性,对实际工程的地震需求评估提供一定的借鉴意义。     

远场地震作用下钢管混凝土组合框架的地震反应分析

为研究在远场地震动作用下钢管混凝土组合框架的反应,设计了某10层钢管混凝土组合框架,从PEER强震记录数据库中选取了28条远场(距离大于10km)强震地震动记录作为输入地震波,按美国地质勘探局(USGS)对场地类别分类方法将其分为A、B、C、D四类,基于OpenSees建立了非线性纤维梁柱单元的理论模型,对其进行了设防烈度为8度时多遇和罕遇地震作用下弹塑性时程分析,计算结果同时与Pushover分析结果进行了对比。结果表明:虽然不同地震动作用下钢管混凝土组合框架结构反应的离散性较大,但该类结构在不同场地类别下的反应仍具有一定规律性。与Pushover分析结果对比表明,对于该文中规则框架倒三角侧力分布模式比均布侧力更接近于钢管混凝土组合框架在地震作用下的地震力分布,可用在钢管混凝土框架结构的抗震分析中。     

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。     

Pushover分析中侧向力分布形式的影响

侧向荷载的分布模式对Pushover分析结果有着重要的影响。本文列举了几种常用的侧向荷载分布模式，并对其进行了研究。然后对两个实例进行了不同荷载分布模式下的pushover分析，并对分析结果，如结构的基底剪力－顶点位移关系、层间最大位移角以及层间最大剪力进行了分析比较。     

钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法研究

依据现行设计规范设计的钢板剪力墙结构,在罕遇地震作用下的非弹性性能是难以预测和控制的。为满足对高效可靠设计的需求,该文提出了钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法,并通过修正楼层剪力考虑结构的P-Δ效应。选用预定的目标位移和破坏模式作为结构的两个关键性能指标。根据能量守恒原理,计算结构在给定地震作用下的设计基底剪力;采用能够反映结构在罕遇地震下楼层剪力分布状态且考虑高阶振型影响的侧向力分布模式,确定楼层剪力;采用塑性设计方法设计内嵌钢板以便达到预期的破坏模式和性能。为验证方法的有效性,采用此方法对一栋10层钢板剪力墙结构进行了设计,并采用静力非线性分析法和动力弹塑性方法对结构进行分析,为钢板剪力墙结构基于性能的塑性抗震设计提供一定依据。     

超高层建筑地震反应中高阶振型影响分析

建立了上海中心大厦的三维精细化有限元模型,针对上海地区场地类别选用了7条地震波作为水平输入,采用振型叠加的时程分析法计算了结构地震反应。通过对不同数量振型组合计算所得结构反应的比较分析了上海中心大厦地震反应中高阶振型的影响,结果表明:高阶振型对上海中心大厦结构的最大水平位移和最大层间位移角影响不大,对结构地震内力的影响不容忽视,为研究超高层建筑结构抗震设计中振型组合数目的选取提供了参考依据。     

考虑双非线性影响的大跨度上承式钢拱桥地震响应研究

以研究上承式大跨度钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理为目的,应用考虑双非线性以及地震过程中轴力变化影响的计算方法,对跨度为200m的两铰拱桥和无铰拱桥设计方案进行了计算,分析了结构在强地震荷载作用下地震响应和损伤程度,比较了计算方法、输入地震波以及结构设计条件对地震响应计算结果的影响。结果表明,上承式钢拱桥具有较好的结构抗震性能,在强地震荷载作用下损伤程度不显著;钢拱桥在地震荷载作用下无卓越的振动振型,地震响应计算需考虑多个振型的影响;当拱肋轴力达到屈服轴力的20-30%时,弹塑性地震响应计算不宜忽略轴力变化的影响。几何非线性对拱肋的弯矩地震响应有较明显的影响;柔性的两铰拱桥由于自振周期长,受到的地震荷载比对应的无铰拱略小,损伤程度也相对较轻些;无铰拱桥在拱脚截面位置容易发生地震损伤,设计时应确保拱脚截面在屈服以后不发生局部失稳。     

水下生产系统跨接管结构在地震作用下动力响应分析

研究水下生产系统跨接管结构在地震波载荷下的动力响应特性。分析中计及了地震波沿水平和竖向两个方向的载荷输入,采用非线性弹簧模型模拟跨接管与海床的耦合作用,同时考虑了地震作用下跨接管的动水作用效应。通过对不同影响因素下结构的动力响应结果分析表明：竖向地震波对跨接管结构水平响应幅值影响较小,但显著改变其响应频率;管土接触引起跨接管响应幅值变化明显,并激发跨接管高阶振型;地震下动水作用力对跨接管的响应幅值影响较大。所建立的分析方法对跨接管结构设计和安全性评估有一定借鉴意义。     

“站桥合一”式车站结构抗震性能评估的简化方法

近年来随着我国铁路与城市轨道交通的快速发展,“站桥合一”式车站结构体系已经成为大型枢纽式车站的首选结构型式,而此种结构体系的抗震设计却缺乏专用的抗震设计规范,设计结果要分别满足现有《建筑抗震规范》与《铁路工程抗震设计规范》两个不同设计理念的规范。本文以典型“站桥合一”式枢纽车站－北京南站为例,采用Midas/Gen和SAP2000结构分析软件,分别建立了考虑上部网架效应的整体模型与简化模型,采用自振特性分析、反应谱分析与时程响应分析方法验证了简化模型的合理性;针对简化模型,分别采用多种侧向力加载模式的Pushover分析和增量动力分析(IDA)方法研究了简化模型的塑性屈服机制和性能点,研究表明：简化模型可以反映主体结构在设定地震下的地震行为,基于改进的模态组合方法的侧向力加载模式下的Pushover分析方法适合于站桥合一车站结构的抗震性能评估。     

双向地震激励下的两阶段多维Pushover分析

在模态Pushover分析方法中,由模态推覆力得到的结构力-位移关系只适合于该模态下的反应,不能合理反映结构整体在地震作用下的弹塑性发展过程。为此,针对双向地震激励下的多层偏心结构,提出了两阶段多维Pushover分析方法。第一阶段:通过双向地震激励下的模态多维Pushover分析结构在双向地震下的位移反应;第二阶段:利用第一阶段得到的组合模态系数建立新的推覆力模式,进行第二次多维Pushover分析,分析结构的弹塑性发展过程。通过算例分析表明:1) 此方法能够较准确的估算结构位移沿楼层的分布特征;2) 随着塑性反应和楼层数的增加,估算偏差随之增大;3) 由组合模态推覆力模式的多维Pushover分析可以从整体上分析结构的弹塑性力-位移发展过程。     

高阶振型对高墩桥梁抗震性能的影响及其识别

针对墩高60m、90m 的典型高墩桥梁,运用增量动力分析方法（IDA）和基于基阶振型的非线性静力推倒方法（MPA）     

A pushover seismic analysis method for asymmetric and tall buildings

A pushover seismic analysis method based on the extended N2 method is proposed. Compared to the extended N2 method, the proposed method has four modifications that account for nonlinear higher mode effects. In the first modification, a lateral load based on the equivalent static forces from the dominant dynamic modes of a building combined using the effective mass ratio is used in pushover analysis to consider the higher mode effect in elevation. In the second modification, the total torsional mode effective mass factor is used to modify target displacement in pushover analysis to consider inelastic higher mode effect in plan. In the third modification, the coefficient of torsion (CT) is determined by combining the CT from pushover analysis with that from response spectrum analysis using a contribution factor depending on the ductility level. In the fourth modification, the maximum inter-story drift is derived based on target displacement while considering the effects of story height, ductility, and building period. These modifications are verified using a 14-story building with 10% eccentricity and medium to high structural ductility. Analytical results show that the proposed method predicts better target displacement, CT, and maximum inter-story drift than the N2 and extended N2 method.     

考虑模态侧向力组合的结构抗震性能评估方法

结构在地震作用下的振动是结构各阶模态共同参与的结果。该文在已有研究基础上发展了考虑结构模态侧向力组合的静力弹塑性分析方法。采用模态贡献修正系数作为各阶模态参与的权重,考虑模态侧向力的方向,构造了基于模态侧向力组合的推覆分析侧向力模式,将各侧力模式分析结果的包络值作为结构的抗震响应。以两个5层和12层的钢筋混凝土框架结构为例,研究了结构的能力曲线和目标位移处的楼层变形分布;分别采用能量方法和非弹性响应谱来构造结构的能力曲线和需求曲线,对比分析了结构的层间位移角和楼层侧向位移。结果表明:结构的能力曲线由四种组合侧力模式共同决定,性能点处的抗震响应由两种组合侧力模式控制;该文方法能较好的预测结构的抗震响应,比常规的侧向力模式精度更高。     

多模态静力推覆分析及其在高层混合结构体系抗震评估中的应用

在已有的研究基础上通过考虑多阶振型质量积的水平力分布形式下的推覆分析,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弹塑性反应谱来计算。对一高层钢框架-混凝土核心筒混合结构在7度罕遇地震下抗震性能进行了评估,结果显示,多模态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结果很接近,尤其是在层间位移角及层间剪力这两个重要抗震指标上更为接近。     

对称地下结构抗震分析的边界强制反应位移法

基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求,该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法,即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点,并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例,将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析,结果表明:当模型宽度取值合理时,该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法,结构内力和层间位移误差在15%以内,是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时,该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律,可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。     

Performance‐based design sensitivity analysis of steel moment frames under earthquake loading

A performance‐based design sensitivity analysis procedure for inelastic steel moment frameworks under equivalent static earthquake loading is presented in this paper. Analytical formulations defining the sensitivity of displacements to modifications in member sizes are derived based on a load‐control pushover analysis procedure. Material non‐linearity under bending moment is alone accounted. Although the formulations were derived based on continuous design variables, they are readily extended to the case of discrete design variables. A 3‐storey moment frame example illustrates the applicability and accuracy of the developed methodology. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于形状记忆合金的新型消能减震装置抗震性能研究

本文首先通过形状记忆合金的材性试验研究了形状记忆合金的超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其设计参数,并详细介绍了分析计算时所采用的形状记忆合金的本构模型。然后,针对框架结构的变形特点,提出了一种基于形状记忆合金的消能减震装置,即在底层框架柱的反弯点附近设置锚固装置,形状记忆合金索的上端固定在锚固装置上,将其下端锚固在地下,在震时通过其来回反复变形耗散地震能量。然后通过有限元程序对设置形状记忆合金索的新型框架与普通框架进行静力推覆分析和低周反复分析,研究表明新型框架不仅屈服承载力和极限承载力高于普通框架,而且其滞回环更加饱满,累积塑性滞回耗能能力提高了41.4%,形状记忆合金索的滞回环也很饱满,具有优良的耗能能力,最后,还比较了对角设置形状记忆合金索的框架的耗能能力与本消能减震装置的耗能能力。因此该消能减震装置在减轻框架柱震害方面具有一定的工程应用价值和前景。     

基于多点位移控制的推覆分析算法

该文提出了静力推覆分析的一种新的数值方法,通过引入位移刚性约束来保持恒定推覆侧力分布,实现基于位移控制的推覆分析.首先基于虚功原理对引入位移刚性约束实现保持恒定推覆侧力分布进行了论证,在理论上证明了该方法既适用于弹性结构,也适用于弹塑性结构.随后,以通用有限元程序MSC.MARC为例,介绍了如何实现基于多点位移控制的推...