多層不對稱結(jié)構(gòu)的非線性靜力和抗震性能評估

多層不對稱結(jié)構(gòu)的非線性靜力分析和抗震性能評估摘要：通過對多自由度體系的靜力分析和等效單自由度體系的抗震能力的評估，建立了一種多層不對稱結(jié)構(gòu)的非線性分析方法。該方法根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，在單向地震作用下，建立多層不對稱結(jié)構(gòu)的運動方程，并對相應(yīng)模型進行推覆分析，得到等效單層模型和等效單自由度體系運動方程，從而得到結(jié)構(gòu)的每層層位移等相關(guān)量。將本文方法的計算結(jié)果和非線性動力時程分析結(jié)果進行對比，結(jié)果表明本文方法能很好地預(yù)測多層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。關(guān)鍵詞：多層不對稱結(jié)構(gòu)；等效單層模型；推覆分析：運動方程1前言結(jié)構(gòu)的非線性分析對結(jié)構(gòu)在強震作用下抗震設(shè)計和抗震性能評估非常重要。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)的抗震性能評估程序中，主要有多自由度非線性時程分析程序和等效單自由度非線性時程分析程序。但是彈塑性時程分析技術(shù)復(fù)雜，計算結(jié)果深受輸入地震波以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能假定的影響，而且在實際工程的應(yīng)用中對設(shè)計人員的專業(yè)知識要求很高。為了克服這些缺點，一些研究人員發(fā)展了等效單自由度非線性分析程序。雖然此程序已經(jīng)廣泛應(yīng)用于第一振型控制的結(jié)構(gòu)分析中，但是，在不對稱結(jié)構(gòu)應(yīng)用中還有相當(dāng)多的問題尚待解決。為了克服上述方法的種種局限，本文介紹一種多層不對稱結(jié)構(gòu)的非線性靜力分析方法。相對于傳統(tǒng)方法，它不需要對復(fù)雜的三維多層結(jié)構(gòu)模型進行推覆分析，僅對相應(yīng)的平面框架和單層模型作pushover分析。本文以一個4層平面不對稱框-剪結(jié)構(gòu)為例，將此多層不對稱結(jié)構(gòu)的非線性分析結(jié)果和非線性動力分析結(jié)果作一個比較。2運動方程2.1多層不對稱結(jié)構(gòu)的無阻尼自由振動運動方程多層不對稱結(jié)構(gòu)的無阻尼自由振動運動方程可用下列方程表示：其中。把方程代入得：從方程，多層不對稱結(jié)構(gòu)第振型的自振頻率和振型就從下列方程中得到：式中：，，分別是等效單層模型的第自振頻率和振型形式、偏心率、和回轉(zhuǎn)半徑；和是多層不對稱模型的第自振頻率和振型形式。第一振型參與系數(shù)和多層不對稱結(jié)構(gòu)的第一振型相應(yīng)模態(tài)質(zhì)量比可表示為：其中，是地面運動的方向矢量。由方程到，可將方程表示為:式中：和是等效單層模型的第一振型參與系數(shù)和第一模態(tài)質(zhì)量比；和是多層不對稱結(jié)構(gòu)的第一振型參與系數(shù)和第一模態(tài)質(zhì)量比。它們可以由以下方程表示:豬2.2裝堪等效單層微模型的運則動方黎程時蚊在單向地先震作用下仍多層不對喝稱結(jié)構(gòu)的謹運動方程擴可以表示冤如下：褲其中位移膠矢量可以舟由以下方盛程表示：多而第一振聚型占控制聲地位的多技層不對稱銷結(jié)構(gòu)的位揭移可表示船為例:筆把方程已代入方程撲可拘得監(jiān):販在方程金中乘模就得到等闊效單層模門型的運動谷方程：橫2.3酬晝等效單自炊由度體系沒運動方程點在等效單行層模型的靜運動方程觀中，通過截方程捕到憂就可以得藝到它的位小移和恢復(fù)絮力矢量，休即前坦式中：培和拉分別是第友振型的位測移和加速懷度，如果訓(xùn)僅考慮占蚊控制因素泄的第一振芳型而忽略夏第二振型贈，方程僚又可以表慚示幫為榴:嫁把方程依代入方程火，同時在庫方程中乘奧以勤可得到等番效單自由垮度體系的雨運動方程喘：誕斬柿頂筐驢毒貍螞截冠市野策竹（謀2驅(qū)2帆）其中:贊等效單層武模型的分碌析程序吩3.1啊聾分析步驟造多層不對奔稱結(jié)構(gòu)的臨非線性分蓬析程序步永驟如下：啟（挖1澇）需用撓push功ove陡r梅推覆分析乓平面框架冊結(jié)構(gòu)答對平面框腐架結(jié)構(gòu)進彈行推覆分兩析可獲得震彈塑性階介段的律力晨-巷位移關(guān)系饅，從這個雙推覆分析州中可以得墓到單層模省型的特性盲，相應(yīng)等俗效單層模愛型的每榀友框架的恢敗復(fù)力探，巡和位移性，峽可由以下細方程獲得檔：沙其中，牲,鍵和灶,地是每榀框溜架鋒push券ove佳r曠分析得到簡的恢復(fù)力精向量和位頂移向量。狹（譯2途）對等效擾單層模型謠進遍行尊push漁ove絕r郊推覆分析蜜對等效單努層模型進偽行項push齊ove滔r廊推覆分析振，以獲得唇力處-禿位移關(guān)系棍，這時等蝦效單自由驚度體系的辭特性就可緊以由等效眉單層模型娛的分析結(jié)轟果得到。事等效單自卷由度的加吊速度攻和位移臂就可以由達以下方程卸獲得：宇則可以得停到摘—變關(guān)系的能老力譜曲線層。宵（州3所）對等效議單自由度劑體系抗震陜需求進行云評估核此步驟中今，每個彈余塑性階段稀的等效單急自由度體掘系的周期慢和阻尼比形可以由以漆下計算獲棵得侮:裝等效單自桶由度體系綱的抗震需缺求，即性耕能點可由認能力譜和倦需求譜得漁到。糞（騎4醉）對等效搶單層模型蘭的層間側(cè)紀移進行評碧估擦在第一振珠型作用下底的等效單藥層模型的飲側(cè)移可從娃第波（四2傅），樹（壓3務(wù)）步的結(jié)會果中獲得鋒，在各振卡型貢獻的切作用下臣，敞push畏ove儉r薯分析可以篇一直到橫達到本，此時可膀以得到境和跨,能可由文叮獻拉[4蓬]瀉求得。州（貼5浩）對平面床框架每一記層側(cè)移進擠行評估叔結(jié)構(gòu)每一收層的側(cè)移述需求可由粉（秧1霞）步和菜（港4唯）步的結(jié)季果獲得：師3.2古軋算例及其矛分析盡肥它本軍工程為四衡層平面不財對稱結(jié)構(gòu)于，結(jié)構(gòu)平征面布置如攝圖割1刷所示。抗招震設(shè)防烈徑度優(yōu)為歡8批度，設(shè)計滲地震分組爺為第一組隔，場地類蟲別油為枝Ⅱ犯，混凝土野強度等級隙為旅C3邁0收，柱截面昏為美500m膨m×50貧0mm陶,映兩個電梯脊筒均為鋼頂筋混凝土佛剪力墻，攀樓層層高胞均刻為畝3900猛m顧m吐。軌圖稼2壟為結(jié)構(gòu)的令側(cè)向位移蝦曲線和各式榀框架的勻側(cè)移。等圍效單層模杰型程序分險析的平均壓側(cè)向位移擁角何為乏：幫1.12護%組，彈塑性贊時程分析年所得的平銹均側(cè)向位策移角誰：蒼0.98驢%折。蹈上述計算漢結(jié)果表明增，在單向閉地震作用風(fēng)下，等效法單層模型竭程序計算鬼結(jié)果與非倒線性動力渣時程分析講結(jié)果比較邁接近。多累層不對稱曉結(jié)構(gòu)的非浪線性分析襪可以用等毀效單層模陣型程序獲夕得滿意的弱結(jié)果。疲雪圖零1訂逐結(jié)構(gòu)平面輝布置圖此炸余圖熟2老第側(cè)向位移岔曲線及各斗榀框架的撒側(cè)移影參考文獻晶：鏡[1]詳Ke她nji注FUJI槳I,Yo賭shia塔kiN趕AKAN蠅O,S顯impl胡ifie剛dNo恒nlin闖ear白Anal令ysis氧Pro賞cedu融reF虎orA碎symm去etri居cBu垮ildi襖ngs[唯C支]汗.13撥th影worl目dco壟nfer嘴ence呈on曲eart社hqua去kee羞ngin紛eeri游ngv瘦anco靈nver厭,b.刑c.Ca構(gòu)nada游Aug素ust,款200仙4互[2]賄騰釋梁興文，匙黃雅捷，僵楊其纖偉餐.貝鋼筋混凝度土框架結(jié)槐構(gòu)基于位真移的抗震細設(shè)計方法示研梯究煤[J完]搖.率土木工程謹學(xué)報頌，富200予5闖（究9盒）米[3]夾墓惹劉清山，賀梁興文，蒙黃雅排捷拴.池對結(jié)構(gòu)靜殃力彈塑性博分析方法湊的幾點改雄進隊[J尖]仔.工建筑科學(xué)還，奪200卡5殼（話4蛋）鼠[4]田Ot慈ani野s.粱New鼻Seim輛icD柴esig稿nPr凍ovis促ion翅InJ考apan歸[C棕]夕The繩sec墨ond閑U.S-求Japa俱nwo旬rksh善opo杯npe箱rfor王manc瘡e-ba也sed盆Eart返hqua棕keE石ngin施eeri沉ngM薄etho械dolo悅gyf舌orR落einf獎orec罰edC雹oncr鋒ete南Stru宋ctur臨es,2王000;亡PEER攻Rep花ort偵2000矛/10,慢3-14瞎西安建筑膽科技大露學(xué)科奸偷土木工