残余应力和初始缺陷对钢矩框架的地震反应的影响改版

残余应力和初始缺陷对钢矩框架的地震反应的影响摘要：2010年美国建筑结构荷载规范规范建立了直接分析法（DM）为标准的稳定性分析和设计过程。尽管直接分析法拥有传统的稳定性设计方法的重要优势，但是在美国钢结构协会地震规定的直接分析法和美国建筑结构荷载规范的抗震设计要求之间的接口没有完全建立。因为直接分析法对设计方案不包含地震荷载开发，包括初始几何缺陷和由于残余应力的非弹性行为的影响，探讨这些参数对典型的钢结构建筑抗震性能的影响是至关重要的。为了研究这些问题，一系列的钢特殊抗弯框架模型经受了单调侧推，循环侧推和响应的历史分析。所观察到的行为被用来绘制和无残余应力和初始缺陷的系统之间的比较。梁与柱的连接处的循环强度退化也被认为是研究潜在的相互作用它可能也与其他的参数有关。而强度退化对循环稳定性众所周知的影响注意到，残余应力和初始缺陷不会对稳定性行为所考虑的系统有任何明显的影响。在这项研究进行的分析表明使用直接分析法没有明显的好处，当在高地震区设计常规延性钢系统，简单的设计方法也许会同样有效。数字对象标识符:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000512.©2012年土木工程师的美国社会。CE数据库的主题词：多层建筑，钢铁结构，结构稳定，抗震设计，动力响应;剩余压力;缺陷。作者的关键词：直接分析方法;钢矩框架;连接循环强度降低。介绍：美国钢结构设计协会对钢结构建筑的规范(美国国家标准学会/美国钢结构设计协会360-10）（美国钢结构设计协会2010A）建立了直接分析法（DM）为标准的稳定性分析和设计方法;与旧方法，如有效长度的方法（ELM）相比,直接分析法被认为是影响钢结构建筑在一个更透明的方式稳定性的关键因素。直接占这些因素的，包括地理度量非线性，初始几何缺陷，和由于残余应力的非弹性行为，在弹性分析允许的有效长度因子，K，在柱强度计算被设定为等于1。从历史上看，在有效长度的方法中这些因素对最后一栏设计的影响是通过使用大于1而体现的。因此，从分析中测定的需求的低估了通过还原能力被抵消。直接分析法发展成为具有更大的透明度的修改后的弹性分析程序，它通过严格的分布塑性分析为一系列基准结构的预测提供了物理行为的一个很好的代表形式，（Surovek-Maleck和白色2004A，B）。然而，抗震设计并没有明确考虑在开发或验证过程中或在随后的验证研究（例如，马丁内斯，Garcia2002）。Surovek和Johnson（2008年）显示，最常见的钢框架结构的强度要求对初始外的垂直度的影响不敏感，易受机制（即，一系列不稳定性）的框架对初始缺陷效果相当敏感，通常在重力作用下，仅载荷情况。由于地震的不稳定性往往是通过机制，对抗震性能外的垂直度影响的评价往往开始是必要的。虽然直接分析法可以在抗震设计应用，但在直接分析法中，钢抗震规定，抗震设计要求，在最小设计荷载为建筑物及其他构筑物（美国建筑结构荷载规范/SEI7-10）之间的接口（美国建筑结构荷载规范2010）没有完全建立。对钢结构建筑物抗震规定的评注（美国国家标准学会/美国钢结构设计协会341-10）（美国钢结构设计协会2010年b）指出，直接分析法并非旨在“确保地震荷载作用下的稳定性，其中大的荷载在弹性变形中被预期。”为解决目前的抗震设计要求和非地震稳定性设计要求的接口，在抗震设计方面，探讨加强直接分析法关键问题的影响是至关重要的，即，几何非线性，初始几何缺陷和非弹性行为。1结构工程师，斯基德莫尔奥因斯和美林律师事务所，224南密歇根大道，芝加哥，IL60604。电子邮箱：kapil.mathur@2助理教授，土木与环境工程系，大学系。伊利诺伊州厄巴纳-尚佩恩分校，2108纽马克土木工程实验室，205北马修斯大道。，伊利诺斯厄巴纳，61801（通讯作者）。电子邮件：fhnstck@3副教授，工学研究科，北海道大学，札幌，北海道161-8628，日本。电子邮件：tokazaki@eng.hokudai.ac.jp4结构工程师，斯基德莫尔奥因斯和美林律师事务所，224南密歇根大道，芝加哥，IL60604。电子邮箱：matthew.parkolap@请注意。这个手稿已提交一年三月三十日，批准2011年9月22日，在2011年9月26日在网上公布。讨论期间开放至2012年12月1日;单独的讨论必须提交个人论文。本文是结构工程，成交量杂志的一部分。138，第7号，2012年7月1日。美国建筑结构荷载规范，ISSN0733-9445/2012/7-942-95125美元。在二阶弹性分析的框架内，在二阶弹性分析的框架，做开发直接分析法的研究主要集中在简化的方法来捕获初始几何缺陷和非弹性行为的影响。因此，在直接分析法中，初始几何缺陷是按名义载荷为代表的，虽然初始缺陷的直接建模也是允许的，并且非弹性行为是由刚度降低表示。这两种效应在钢框架中可能对稳定性能有明显影响，不适合地震荷载，并需要进一步调查研究设计地震荷载的框架的重要性。因此，本文报道的研究探讨了被设计为了地震荷载的典型钢特殊抗弯框架的非线性行为的残余应力和初始缺陷的影响。循环强度退化行为也纳入到残余应力和初始缺陷比较影响的相对重要性的研究中。原型建筑物和数值模型被为国资委钢铁计划而设计的（联邦紧急事务管理局2000;古普塔Krawinkler1999年）特殊的抗弯框架在目前的研究中被分析。从3-，9-，20-层建筑中抽出的框架被设计为了代表各级地震三个美国地区：波士顿，西雅图和洛杉矶。该框架是由命名的位置和高度：波士顿（BOS-3，BOS-9，和BOS-20），西雅图（SEA-3，SEA-9，和SEA-20），和洛杉矶（LA-3，LA-9，和LA-20）。所有的建筑都沿周边列线有特殊抗弯框架，并且框架在目前的研究认为中是基于预北岭设计。这些原型被选中，是因为它们相对代表现代的设计，但他们缺乏后北岭修改，也许更容易出现地震的不稳定。原理图的平面图和立面图为原型建筑物如图所示。1，然而，进一步的细节被忽略，因为这些建筑已被广泛记录在其他地方（例如，FEMA2000;古普塔和Krawinkler1999年）。为原型框架而建立的数值模型是在地震工程模拟的开放体系中开发的（Mazzoni等，2009），这是一个软件包，采用几何和材料非线性。数值模型由采用380兆帕屈服应力和应变硬化系数2％的非线性梁柱单元与构造横截面构成。在已选择的情况下，构建元素被分配残余应力分布根据隆博什和Ketter（1959）利用LAMARCHE和特伦布莱（2008）开发的程序。对于这些选择的情况下，初始几何缺陷是由在数学模型提供1/500的初始层间位移（层间位移由层高划分）明确建模。对于高框架，最初的层偏移引入到了底层楼层，其达到的水平是被美国钢结构设计协会钢建筑和桥梁标准实务守则允许的最大包络（美国钢结构设计协会303-10）（美国钢结构设计协会2010C）达到的水平。初始层间位移总是放置在正方向上，这将在呈现后来。没有明确地考虑面板区域的中心线模型被使用，并且一个倾斜的柱包括在每一个模型来表示重力柱。在倾斜柱被压住在每层的顶部和底部，因此，并没有造成抗侧向力。为了使用于与所开发的直接分析法的研究一致，在无循环强度退化的连接进行模拟的主集，但是，如将在随后讨论的，模拟的一个小的子集进行评估该参数的影响。图1示意图平面图和原型建筑的立面（改编自古普塔和1999年Krawinkler）模拟结果二阶分布塑性分析，在两种不同情况下进行的。进行基准分析的情况下（称为基本）不包括残余应力和初始缺陷，而修改后的分析情况（称为RI）确实包括残余应力和初始缺陷。对于每个建筑物，位置和高度，单调侧推，循环侧推和响应历史的分析为了基础和RI案件而被进行。从这些分析中获得的结果进行后续讨论。单调静力弹塑性分析对每个框架进行非线性静力弹塑性分析去评价横向强度和稳定性。首先，恒静（D）和活（L）的负载被使用的组合施加D0：25L.第二，该框架被使用模拟水平地震力，在美国土木工程师学会/SEI7-10（美国土木工程师学会2010）基于等效的横向力的过程，力分布在框架的高度上。直到出现不稳定或0.1弧度的屋顶漂移（屋顶横向位移总体框架高度的比率）达到了。表1给出了最终的规范化基底剪力（基底剪力V除以建筑总重量W）为所有框架和分析情况。LA-3是，并没有表现出负刚度的唯一框架，因此，在表1中给出的数值是0.1弧度的屋顶移动。表1说明了最终基剪切强度在基础，和修改分析情况下对所有框架是非常类似。修改分析案例都略低相应的基本情况并且幅度都不会超过2％。因为基础和修改分析案例之间的比较是非常相似对所有框架，从两框架中来的结果为了说明被在这里。图2和3中描绘了标准化的基底剪力与屋顶漂移以及分别对于LA-9和BOS-9的替换型材。在图2，可以看出，对于LA-9，基座和修改分析情况匹配非常密切，只有轻微的差异在大的移动下可以在峰后范围内能观察。最根本的基础剪切强度减少了约1％。位移分布表明，塑性破坏机制过于集中于一层而是被分散在多层.对于BOS-9基础和修改分析情况之间的区别是稍微更加明显，如图3所示，该行为是类似之前先屈服，但是，那么修改分析情况变得更弱，最终基抗剪强度降低了大约2％。在波峰范围内，替换型材内更多的偏差被观察到，因为不稳定是由于软层的形成而触发。因此，残余应力和初始缺陷可以在濒临崩塌的大偏移的结构稳定行为时起到作用，当软层响应控制行为。图1最终归基底剪力（V/W）的单调静力弹塑性分析图2（a）规范化基础：LA-9的单调静力弹塑性响应剪力与屋顶偏移;（b）位移分布循环弹塑性分析因为支持直接分析法发展的研究只考虑单调反应，它是一个重要的扩展，研究初始缺陷和残余应力对循环行为的影响。因此，循环弹塑性分析是针对前面所述的全部九个原型框架进行。正如单调弹塑性分析，通过D0定义常数重力荷载：25L是首次应用。随后，比例水平地震荷载通过采用循环移位控制而被运用，以使屋顶在美国国家标准学会/美国钢结构设计规范341-10（美国钢结构设计规范2010年b）中为梁与柱的连接瞬间资格测试中达到偏移0.03弧。表2总结了循环弹塑性分析下所有框架倒塌的行为，表明倒塌的框架，并且对于那些情况，倒塌发生时偏移的幅度和周期数（1或2）。该基地和修改分析案例情况下不单独列，因为框架坍塌相同的整体范围内发生。虽然倒塌确实发生在相同的总体范围内，但有在底座和而随后讨论的修改分析案例之间更加本地化的差异。图4-6选择循环弹塑性分析的图表的结果说明观察到的行为的范围。图4通过绘制归一化基底剪力和屋顶偏移之间的关系为BOS-3比较全局循环反应。它可以看出，BOS-3的基础和修改分析案例的循环反应非常紧密匹配到0,03弧度的屋顶偏移周期。其他三层框架（SEA-3和LA-3）表现出的行为和BOS-3非常相似。图3BOS-9的单调静力弹塑性响应：（一）规范化基地剪力与屋顶偏移;（二）位移分布表2循环侧推分析摘要图4BOS-3的循环静力弹塑性响应：归一化基底剪力与屋顶偏移图5BOS-9的循环静力弹塑性响应：（a）规范化基底剪力与屋顶偏移;（b）位移分布图6LA-20的循环静力弹塑性响应：（a）规范化基底剪力与屋顶偏移;（b）位移分布还为BOS-9在基础和修改分析案例之间紧密吻合而被得到，如图所示图5（a），直至在0:02弧度屋顶偏移内软层的行为开发。图5（b）显示出了在循环反应内的四个不同的阶段对于BOS-9的置换型材。如图中箭头所示。图5（a），阶段1和3分别在为0.02弧度屋顶偏移的第一和第二正峰端。阶段2和4分别在为0.02弧度屋顶偏移的第一和第二负峰结束时。图5（b）表示BOS-9的不稳定性通过柔软的第一层的形成被触发。在第1阶段，基座的替换型材和修改分析情况几乎相同;但是在第2阶段，低于一半的修改分析案例在负方向由于一个小幅度位移没有被替换;因此，当在第3阶段时负载逆转为正方向，在修改分析案例的情况下较早形成的柔软层。当到阶段4时，就即将倒塌。值得注意的是，两个反应几乎相同直至在第2阶段的软化行为。在这个意义上SEA-9和LA-9的行为类似于BOS-3，地基和修改分析案例几乎相同，并且因软层的形成的不稳定没有观察到。LA-20在0，03分弧度屋顶偏移周期内经历了严重的强度退化和倒塌，如图6所示，这表明标准化基底剪力与屋顶偏移反应，并在关键阶段的置换型材。图6（a）所示，在第一个正峰到0.03弧度屋顶偏移之间，显著的强度发生退化。在0.03弧度屋顶偏移时，强度为80％的峰强度并且基部和修改分析情况之间非常相似。在第一个负峰值到0.03弧度屋顶偏移，它被标记为阶段1中所示图6，底座和修改分析情况之间在结构的下半部和稍高的强度下通过修改案例情况呈现轻微的负位移一个小的偏差被观察到，虽然强度退化为这两种情况下被再次观察到。在第二次正偏移至0.03弧度屋顶偏移，这是标为第2阶段所示图6，层偏移对于底部五层是相当均匀的，然而，剩下的15层有个小的层偏移。偏移的集中在基础和修改分析情况都被看见，虽然在修改分析情况下更加明显。当负载在第二偏移朝向负0.03弧度屋顶偏移反转后，底座和修改分析情况例之间的差异变得更加明显如强度退化对修改分析情况情况更加严重。当负载是朝着积极的偏移逆转，发生不稳定的原因是在较低的10层的极端层偏移。如图6（a）示出，对于基地和修改分析情况下都出现不稳定性。然而，在修改分析情况中略微更早阶段开始出现不稳定。SEA-20表现出的行为与LA-20和BOS-20非常相似，，并没有表现出任何强度退化或不稳定。这些分析表明，残余应力和初始缺陷可以对循环反应有影响，即使经过无数次的非弹性周期，似乎可以抵消其影响。拥有残余应力和初始缺陷部分模型比那些没有收到影响的模型更早经历不稳定，虽然两个分析案例都检测到了由软层的形成和窄幅区间内的不稳定引发的不稳定。看来，残余应力和初始缺陷对循环稳定性能的影响只有在峰值横向强度已经达到后是显着的，并且整体的二阶效应变得显著当层偏移集中在几个关键的楼层时。这个问题随后更进行了详细地讨论，其中，包括连接循环强度退化的分析结果。时程分析非线性时程分析通过使用基地和先前描述的修改分析情况原型框架模型而进行。瑞利衰减是与在所述第一和第三模式中的2％阻尼实现。对于三个位置的地面强震记录的组装成一部分国资委钢铁项目（萨默维尔等al.1997）的代表组被使用。这些组包括基于硬土壤条件的475年重现期（超出50年的10％的概率），以及2475年（超标50年2％的概率，以下称为五十零分之二，这里所指的后2/50）的天然和合成记录组成的。每套包括20强震记录。每一个记录的符号被选为提高封装的修改分析情况情况下的偏移反应。当受到2/50条记录，表3总结了对于基地和修改分析情况，洛杉矶和西雅图框架的平均反应。还提供了从基底到修改分析情况的百分比变化。（波士顿框架不被报道，因为它们的反应是几乎完全的弹性和基座和修改分析情况例之间的差别几乎不明显。）从广义上讲，残余应力和初始缺陷的影响是很小的。基地和修改分析情况之间的最大百分比变化为屋顶和层间位移角分别为大约2.5和4.5％。更大的百分比变化被视为残留层间位移，高达25％。但是，在绝对术语上说修改分析情况的行为和相应的基本情况没有明显的不同。图7显示的是2/50个记录中的一个最强烈的反应，它示出了基地和修改分析情况之间发生的差异。对于SEA-3在2/50个记录svlivina.n45下，屋顶偏移与时间被显示，最初，对于小的偏移，对于基地和修改分析情况的反应是几乎相同的。然而，对于该记录的最强部分，与基础案例相比所述修改分析情况持续较大非弹性反应。其结果是，最大层间位移是大于5％对于修改分析情况与基础案例相比来说。然而，如表3所示，对于基础和SEA-3的修改分析情况间的平均层偏移的百分比的变化小于3％，这比以前提出的特定情况下小得多。从表3中，类似的观察结果可以用于其它框架，其中在基础和修改分析情况中只存在很小的差异。表3最大偏移量的时程分析使用五十零分之二记录图7对于slivna.n45记录SEA-3的屋顶偏移响应历史本节所介绍的反应历史结果表明，在动态负载下残余应力和稳定性初始缺陷的影响可能没有在直接分析法的发展中使用的被展示的情况一样重要。然而，对于那些有大的偏移需求的和大的非弹性偏移的案例来说，差异在某些情况可能存在。由于这些差异发生在比设计规范考虑更大的偏移处，残余应力和初始缺陷的包含可能对于检测整体稳定行为不是至关重要的了。连接循环强度衰减效应它已经表明，残余应力和初始缺陷对行为的影响相对较小，当在连接处的循环强度退化不被考虑。然而，利用纳入这些退化效果的数值模式更详细的分析这些数据是很重要的。钢梁与柱的连接矩的试验已经证明，由局部屈曲造成的强度和刚度退化作为环状需求增加已经发展为检测这些行为特征的重要方面（如：伊瓦拉等人，2005）。因为循环荷载作用下连接刚度退化对特殊抗弯框架的整体行为影响小和连接的强度下降有很大的影响（联邦紧急事务管理局2000），只有强度退化在本研究被考虑。在OpenSees中钢铁02单轴材料模型（崇义等al.2009）被用来模拟由于非弹性循环加载在连接的强度损失，通过指定负向强化参数到在原型框架中的非线性梁柱单元构造段的两端。负向强化校准以符合延性焊接无钢筋焊接凸缘矩连接（Ricles等，2000）满量程循环试验实验结果。图8示出了被校准以符合实验行为为W36×150梁连接到W14×311柱（Ricles等人，2000）的强轴数值矩旋转模型。该模型再现了在无弹性周期后在实验中被观察到的20％的强度退化。虽然数值模型实现了较低的峰值强度并且它早于实际连接行为退化，但是这些近似对于目前的研究被认为是合理的。结果被用来制造具有和不具有连接循环退化行为之间的相对比较，并且，特别是，评估退化连同残余应力和初始缺陷的组合的效果。从组以前提出的选择的分析是评估考虑退化。图8模拟连接弯矩-转角响应图9BOS-9的循环静力弹塑性响应：标准化的基底剪力与屋顶偏移循环推覆分析图9通过比较没有退化（称为基），和有退化（称为基-D）的基本情况示出连接强度退化对BOS-9的循环反应的影响。如前面（图5）所示，不稳定性在BOS-9中被观察，由于几个关键楼层的偏移集中转向框架的底部，即使当连接循环强度退化没有被建模。因此，当连接循环强度退化在数值模型中被结合，故障发生在分析过程中一个略早的阶段。图9还示出了修改分析情况下与退化的反应（称为RID）。可以看出，有无残余应力和初始缺陷的反应几乎是一样的，因此，这些影响不会加剧在连接强度的退化的影响。对与LA-20循环反应表明了连接强度退化可能对整体稳定的行为的大的影响。因为没有退化的情况下维持在0.03弧度屋顶偏移周期，而与退化的情况下无法维持周期超过0.02弧度屋顶偏移。然而，修改分析法和有沉降的修改分析法的情况下几乎是一样的。对于所有其他框架的循环侧推反应显示了同样的结果：在某些情况下连接循环强度退化可能会导致倒塌。然而，残余应力和初始缺陷的影响，当连接循环强度退化被建模时就几乎难以察觉。时程分析这一部分的研究计算残余应力，初始缺陷，并在地震载荷下特殊抗弯框架连接循环强度退化的组合效应。对于这个比较，三个最大的2∕50反应历程为每个框架而被选择，基于完整的连接循环强度衰减没被考虑的分析套件。表4为洛杉矶和西雅图框架从有和没有沉降的情况中总结了结果。如前面所指出的，波士顿框架为简洁起见省略，因为即使在50分之2记录他们的反应基本上是弹性的。对于该评价，框架被认为是不稳定的，当由于是没有约束的屋顶偏移的增加或整体屋顶偏移超过0.1弧度而导致的模型失败。这个屋顶偏移极限是0.1弧度，虽然武断，但已普遍被用在特殊抗弯框架的研究来表明倒塌（联邦紧急事务管理局2000）。表4对于响应历史分析在有和无连接循环强度降解的最大偏移量的比较图10（a）屋顶：SEA-3为scmpetr.n45记录响应历偏移与时间的关系;（b）规范化基底剪力与第一层间位移图11SEA-3的屋顶偏移响应历史的sseolym.n45记录图10和11于表4.的概括分析说明两个案件。图10（a）展示了通过绘制屋顶偏移反应历程为三个分析案例为SEA-3残余应力和初始缺陷与下降相比较下的影响：基础，有沉降的基础，和有沉降的修改分析法。对于2∕50记录，有沉降的基础经历了比基本情况大13％的最大屋顶偏移。此外，当循环强度下降被考虑时，残留的偏移则明显增加。这证实了环状强度退化显著影响动态行为。与此相反，有沉降的地基和有沉降的修改分析法之间的差异很小。图10（b），其中画出了第一层剪力与偏移的图表明有沉降的基础，和有沉降的修改分析法几乎相同，直到一个大脉冲在正方向上略微进一步无弹性推压有沉降的修改分析法，导致随后在反应上的偏移。但是，与由沉降造成的反应的变化相比，这种差别是很小的。图11表示出在SEA-3情况下屋顶偏差时间历史记录，当受到五十〇分之二记录sseolym.n45。可以看出，有沉降的基础和有沉降的修改分析法都经受了整体的不稳定性。表4所示，即使没有下沉，SEA-3表现出屋顶偏移超过0.08弧度较大，当受到sseolym.n45记录，并且，因此屋顶偏移被估计将显著较大，当强度衰减成立时。类似地，对于svlvina.n45记录，对于有沉降的基础和有沉降的修改分析法SEA-3有屋顶偏移超过0.1弧度并且被判断为倒塌。其他三层框架和大部分九层框架的行为表现出和前面讨论过的案件非常类似，其中有沉降的基础和有沉降的修改分析法之间的差异很轻微。在少数情况下，例如，LA-9遭受tolpvst06.p45和lepst10.。对于有沉降的修改分析法，偏移才小于有沉降的基础。当有沉降的修改分析法进一步无弹性向一个方向推动，并且落后于有沉降的基础时，当负载逆转并且最大偏移达到了创纪录时，这种特性就发生。当发生沉降，LA-20对于所选的三种记载被视为已倒塌。SEA-20表现出类似于以前的SEA-3中讨论的特性。类似于前面所讨论的情况下，已存在的沉降没有放大残余应力和初始缺陷的影响。如由本部分讨论的结果，显而易见的是，即使是最坏情况下的框架特性被考虑，残余应力和初始缺陷的影响并没有被证明是在选定钢矩框架的地震稳定性的一个重要因素。即使对于框架显示不稳定的特性，残余应力和初始缺陷只是稍微加速崩溃的过程。然而，没有情况被发现，其中无残余应力和初始缺陷的情况下是稳定的，并且有这些影响的情况下是不稳定的。很显然，循环强度下降比残余应力和初始缺陷对钢矩框架抗震稳定性特性有更大的影响。设计的启示为了更切实际的连接这项研究的分析结果和设计过程，在LA-9对所选定的构件样品的轴向弯曲（PM）的交互检查进行。美国土木工程师学会/SEI7-10（美国土木工程师学会2010）1·2Dt0·5Lt1·0E的荷载组合被用作这个目的。非常重要的需要注意的是，这个框架最初是通过由Gupta和Krawinkler（1999）描述的1994年统一建筑规范的规定而设立的。因此，地震荷载被计算，于是考虑到容许应力设计和美国建筑钢结构设计规范方法之间的差异，以确保作为代表的美国建筑钢结构设计规范负载被用于交互检查。表5列了在LA-9框架中对于第一层柱的相互作用值，通过在SAP2000(CSI2009)中的三个不同的分析得到，因为因为这是在设计办公室用典型的软件包。注意，矩架横梁是固定在A柱，因为该柱是一个SMRF在正交方向上的一部分。因此，对于被考虑的框架，相互作用值很低。这三个分析案例如下：1一阶弹性分析，没有刚性减少和K12对ELM，其中K1是因为二阶偏移与一阶偏移之比为小于1.1。因此，这种分析是有效的第二阶弹性分析与K1.3在直接分析法包括二阶弹性分析与刚度降低。然而，没有必要在除了横向地震载荷的名义载荷，因为二阶偏移与一阶偏移的比小于1.7（如Al-办法是为DM，K1）表5在LA-9框架中对第一层柱子的设计轴向弯曲相互作用值因此，案例1和2的对比说明了二阶效应的影响（一阶与二阶分析）和情况2和3的比较说明了缺乏弹性和残余应力的影响（没有刚度降低与刚度降低）。在表5中示出的交互值表示二阶效应的影响和刚度降低对这些部件的设计并无太大影响。二阶效应比刚度降低对相互作用值有稍大的影响，但是，这种区别是没有重要的实际意义，因为这两个参数的总的影响是微不足道的。这一发现与先前提出的非线性分析结果相一致，病支持广泛的结论，认为似乎没有必要使用直接分析法设计所选择的钢矩框架。图.12凸显了直接分析法抓住关键的稳定性相关的特性和直接分析法不提供收益方案之间的差异。图12描述了最初被LeMessurier（1977）提出的一个托架，一层框架的三种分析，如例3，具有和因素设计荷载非常接近的强度极限。设计荷载的分数绘制了以前由白等人提出了相同的三个分析的情况的层间位移。在直接分析法的扩展版本中，称为DM-EP，因为它使用弹性-塑性铰的框架元素，使用有残余应力和初始缺陷分布式塑性分析合理捕捉获得的极限强度，而有效长度方法在设计荷载水平上低估偏移并且不捕获峰后的特性。与此相反，图12（b）显示出LA-9从有可塑性分析与残余应力和初始缺陷的分布式的第一层的反应。法规规定的设计这个框架的基底剪力由于严格的偏移限制和显著的在高地震区对于特殊抗弯框架来说是典型的过大强度比极限强度小得多。设计力水平上，从各种分析方法产生的受力和变形的要求细微变化与框架的实际特性在极限强度水平没有多大关系。虽然直接分析法提供了通过非地震因素，如LeMessurier例3框架（LeMessurier1977）控制设计的一个好的实际特性的近似值，对于抗震设计在使用直接分析法似乎是没有额外的好处。更进一步，在韧性钢抗震系统（如特殊抗弯框架），一个简单的有K1的对柱强度计算的一阶弹性分析是足够的设计目的，因为这种分析类型产生的需求是非常类似于那些使用直接分析法的。特殊抗弯框架的比例主要是由地震偏移限制约束，因此，因为他们的大量过大强度，二阶效应和刚度减少在设计力水平下有个不重要的影响。这些系统依赖于显著的延展性，以达到良好的抗震性能，并花费额外的努力稍微修改设计层次的需求，如通过直接分析法，似乎没有道理。图12在直接分析法的对比应用：（a）考虑非地震因素的设计;延性地震（b）典型行为抗系统（LA-9）总结和结论本文评估了使用美国最新钢结构设计规范直接分析法抗震钢结构设计的相关性。为了这个目的，3-，9-和20层的钢特殊抗弯框架在三个不同的地震区域进行了研究。对所有9个框架，四个模型，通过包括或不包括（1）残余应力和初始缺陷和（2）环状强度衰减在梁与柱连接被考虑。每个模型进行单调静力弹塑性分析，循环推覆分析，以及一系列的时程分析。所有分析组合了材料和几何非线性。本研究的主要是一下发现：•在非线性静态或动态反应下在包括残余应力和初始缺陷和那些没有这些影响的框架模型之间无显著差异。•在不稳定被观察到的情况下，它发生在具有和不具有残余应力和初始缺陷和残余应力两个模型内，并且残余应力和初始缺陷的唯一效果就是导致不稳定稍早发生。•当严重的循环强度退化被明确纳入到梁与柱连接的框架模型内，没有案例，其中在带有残余应力和初始缺陷的模型内不稳定发生，而没有残余应力和初始缺陷的模型显示了稳定响应。这表明，残余应力和初始缺陷的影响不会加剧种循环强度退化对抗震稳定性的影响。•连接的循环强度退化比残余应力和初始缺陷对钢矩框架的抗震稳定性能有较大的影响。•该轴向弯曲在设计层面的力的交互检查显示基于没有降低刚度的一阶弹性分析和有刚度折减的二阶弹性分析的计算几乎没有变化。虽然在本研究中考虑的理想化原型建筑物代表许多实际的建筑物，也应注意的是，这项研究并没有考虑可能会影响稳定性特想的一些变化，例如，这项研究只考虑在相对严格的漂移限值下的常规对称系统和所有的分析都是二维的。进一步考虑到更广泛的参数的研究，包括在三个维度内，并有轻松的偏移限制和较高的重力荷载的低层系统进行分析的非对称系统，将是值得的。在这项研究中考虑的参数空间内，分析结果表明，没有任何好处使用在美国最新钢结构设计规范（2010年a）中规定的直接分析法，当设计常规延性抗震钢系统（如SMRFs）。对于这样的系统，当计算柱强度时，进行简单的没有刚度降低的一阶弹性分析和使用有效长度因子等于1乎是足够。致谢本文所描述得内容是作为题为“界面直接分析方法和抗震设计要求”ASCE/SEI特殊项目的一部分。这个项目在设计方法技术委员会下进行，并且作者感谢在整个研究过程中委员会成员的帮助。特别是，唐纳德W.教授的意见。白佐治亚理工学院，过去该委员会的主席，深表感谢。本文所述的计算模拟是部分通过TeraGrid的高级支持程序进行的。所有意见，发现和结论是那些作家的。参考文献AISC。（2010A）。“规范钢结构建筑。”ANSI/AISC360-10，芝加哥。AISC。（2010年b）。“规定抗震钢结构建筑。”ANSI/AISC341-10，芝加哥AISC。（2010年c）。“标准做法的钢结构建筑，桥梁守则”。AISC303-10，芝加哥。ASCE。（2010年）。“最低设计荷载为建筑物和其他结构。”ASCE/SEI7-10，弗吉尼亚州雷斯顿。电脑与结构，公司（CSI）。（2009年）。基本分析参考手册，CSI，伯克利，加州。联邦紧急事务管理局。（2000年），“受地震地面震动的抵抗钢矩框架的国家报告”众议员FEMA355C，联邦紧急事务管理局，华盛顿特区Galambos,T.V.,andK