多层不对称结构的非线性静力和抗震性能评估

多层不对称结构的非线性静力分析和抗震性能评估摘要：通过对多自由度体系的静力分析和等效单自由度体系的抗震能力的评估，建立了一种多层不对称结构的非线性分析方法。该方法根据结构动力学原理，在单向地震作用下，建立多层不对称结构的运动方程，并对相应模型进行推覆分析，得到等效单层模型和等效单自由度体系运动方程，从而得到结构的每层层位移等相关量。将本文方法的计算结果和非线性动力时程分析结果进行对比，结果表明本文方法能很好地预测多层不规则结构的地震反应。关键词：多层不对称结构；等效单层模型；推覆分析：运动方程1前言结构的非线性分析对结构在强震作用下抗震设计和抗震性能评估非常重要。当前，结构的抗震性能评估程序中，主要有多自由度非线性时程分析程序和等效单自由度非线性时程分析程序。但是弹塑性时程分析技术复杂，计算结果深受输入地震波以及结构构件性能假定的影响，而且在实际工程的应用中对设计人员的专业知识要求很高。为了克服这些缺点，一些研究人员发展了等效单自由度非线性分析程序。虽然此程序已经广泛应用于第一振型控制的结构分析中，但是，在不对称结构应用中还有相当多的问题尚待解决。为了克服上述方法的种种局限，本文介绍一种多层不对称结构的非线性静力分析方法。相对于传统方法，它不需要对复杂的三维多层结构模型进行推覆分析，仅对相应的平面框架和单层模型作pushover分析。本文以一个4层平面不对称框-剪结构为例，将此多层不对称结构的非线性分析结果和非线性动力分析结果作一个比较。2运动方程2.1多层不对称结构的无阻尼自由振动运动方程多层不对称结构的无阻尼自由振动运动方程可用下列方程表示：其中。把方程代入得：从方程，多层不对称结构第振型的自振频率和振型就从下列方程中得到：式中：，，分别是等效单层模型的第自振频率和振型形式、偏心率、和回转半径；和是多层不对称模型的第自振频率和振型形式。第一振型参与系数和多层不对称结构的第一振型相应模态质量比可表示为：其中，是地面运动的方向矢量。由方程到，可将方程表示为:式中：和是等效单层模型的第一振型参与系数和第一模态质量比；和是多层不对称结构的第一振型参与系数和第一模态质量比。它们可以由以下方程表示:猪2.2装堪等效单层微模型的运则动方黎程时蚊在单向地先震作用下仍多层不对喝称结构的谨运动方程扩可以表示冤如下：裤其中位移胶矢量可以舟由以下方盛程表示：多而第一振聚型占控制声地位的多技层不对称销结构的位揭移可表示船为例:笔把方程已代入方程扑可拘得监:贩在方程金中乘模就得到等阔效单层模门型的运动谷方程：横2.3酬昼等效单自炊由度体系没运动方程点在等效单行层模型的静运动方程观中，通过截方程捕到忧就可以得艺到它的位小移和恢复絮力矢量，休即前坦式中：培和拉分别是第友振型的位测移和加速怀度，如果训仅考虑占蚊控制因素泄的第一振芳型而忽略夏第二振型赠，方程僚又可以表惭示帮为榴:嫁把方程依代入方程火，同时在库方程中乘奥以勤可得到等番效单自由垮度体系的雨运动方程喘：诞斩柿顶筐驴毒狸蚂截冠市野策竹（谋2驱2帆）其中:赞等效单层武模型的分碌析程序吩3.1啊聋分析步骤造多层不对奔称结构的临非线性分蓬析程序步永骤如下：启（挖1涝）需用挠push功ove陡r梅推覆分析乓平面框架册结构答对平面框腐架结构进弹行推覆分两析可获得震弹塑性阶介段的律力晨-巷位移关系馒，从这个双推覆分析州中可以得墓到单层模省型的特性盲，相应等俗效单层模爱型的每榀友框架的恢败复力探，巡和位移性，峡可由以下细方程获得档：沙其中，牲,键和灶,地是每榀框溜架锋push券ove佳r旷分析得到简的恢复力精向量和位顶移向量。狭（译2途）对等效扰单层模型谣进遍行尊push渔ove绝r郊推覆分析蜜对等效单努层模型进伪行项push齐ove滔r廊推覆分析振，以获得唇力处-秃位移关系棍，这时等虾效单自由惊度体系的辞特性就可紧以由等效眉单层模型娱的分析结轰果得到。事等效单自卷由度的加吊速度攻和位移臂就可以由达以下方程卸获得：宇则可以得停到摘—变关系的能老力谱曲线层。宵（州3所）对等效议单自由度剂体系抗震陕需求进行云评估核此步骤中今，每个弹余塑性阶段稀的等效单急自由度体掘系的周期慢和阻尼比形可以由以漆下计算获棵得侮:装等效单自桶由度体系纲的抗震需缺求，即性耕能点可由认能力谱和倦需求谱得渔到。粪（骑4醉）对等效抢单层模型兰的层间侧纪移进行评碧估擦在第一振珠型作用下底的等效单药层模型的饮侧移可从娃第波（四2傅），树（压3务）步的结会果中获得锋，在各振卡型贡献的切作用下臣，敞push畏ove俭r薯分析可以篇一直到横达到本，此时可膀以得到境和跨,能可由文叮献拉[4蓬]泻求得。州（贴5浩）对平面床框架每一记层侧移进挤行评估叔结构每一收层的侧移述需求可由粉（秧1霞）步和菜（港4唯）步的结季果获得：师3.2古轧算例及其矛分析尽肥它本军工程为四衡层平面不财对称结构于，结构平征面布置如摄图割1刷所示。抗招震设防烈径度优为欢8批度，设计渗地震分组爷为第一组隔，场地类虫别油为枝Ⅱ犯，混凝土野强度等级隙为旅C3迈0收，柱截面昏为美500m膨m×50贫0mm陶,映两个电梯脊筒均为钢顶筋混凝土佛剪力墙，攀楼层层高胞均刻为亩3900猛m顾m吐。轨图稼2垄为结构的令侧向位移虾曲线和各式榀框架的匀侧移。等围效单层模杰型程序分险析的平均压侧向位移拥角何为乏：帮1.12护%组，弹塑性赞时程分析年所得的平锈均侧向位策移角谁：苍0.98驴%折。蹈上述计算汉结果表明增，在单向闭地震作用风下，等效法单层模型竭程序计算鬼结果与非倒线性动力渣时程分析讲结果比较迈接近。多累层不对称晓结构的非浪线性分析袜可以用等毁效单层模阵型程序获夕得满意的弱结果。疲雪图零1订逐结构平面辉布置图此炸余图熟2老第侧向位移岔曲线及各斗榀框架的撒侧移影参考文献晶：镜[1]详Ke她nji注FUJI桨I,Yo赌shia塔kiN赶AKAN蝇O,S显impl胡ifie刚dNo恒nlin闯ear白Anal令ysis氧Pro赏cedu融reF虎orA碎symm去etri居cBu垮ildi袄ngs[唯C支]汗.13拨th影worl目dco垄nfer嘴ence呈on曲eart社hqua去kee羞ngin纷eeri游ngv瘦anco灵nver厌,b.刑c.Ca构nada游Aug素ust,款200仙4互[2]贿腾释梁兴文，匙黄雅捷，僵杨其纤伟餐.贝钢筋混凝度土框架结槐构基于位真移的抗震细设计方法示研梯究煤[J完]摇.率土木工程谨学报颂，富200予5闯（究9盒）米[3]夹墓惹刘清山，贺梁兴文，蒙黄雅排捷拴.池对结构静殃力弹塑性博分析方法凑的几点改雄进队[J尖]仔.工建筑科学还，夺200卡5壳（话4蛋）鼠[4]田Ot慈ani野s.粱New鼻Seim辆icD柴esig稿nPr冻ovis促ion翅InJ考apan归[C棕]夕The绳sec墨ond闲U.S-求Japa俱nwo旬rksh善opo杯npe箱rfor王manc疮e-ba也sed盆Eart返hqua棕keE石ngin施eeri沉ngM薄etho械dolo悦gyf舌orR落einf奖orec罚edC雹oncr锋ete南Stru宋ctur临es,2王000;亡PEER攻Rep花ort侦2000矛/10,慢3-14瞎西安建筑胆科技大露学科奸偷土木工