基于静力推覆分析的穿越地裂缝浅埋地铁车站地震破坏模式研究

以处于西安f4地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明:针对地裂缝场地地下结构的Pushover分析方法能够较真实地反应地震作用下地裂缝场地的活动特征和地下结构的破坏特点。在水平地震作用下,趋于稳定状态的地裂缝上、下盘土体主要进行张合活动(相互挤压与分离)。其中,相互挤压会对结构中柱施加明显附加压弯作用。地裂缝场地土体的水平剪切变形是结构破坏的主要外在因素,而地裂缝活动造成的附加压弯作用会进一步增大中柱轴压比,降低中柱的变形能力,加速结构的地震破坏。在地裂缝场地特征变形作用下,结构底层中柱水平剪切变形能力相对较弱,且结构剪力表现出明显的空间分布规律,上盘结构底层中柱是结构的抗震关键构件。研究结果对该类结构的抗震设计具有重要参考价值。

模态静力推覆分析方法在桥梁结构中的应用

静力推覆分析是一种计算结构非线性响应的简化分析方法,然而标准的静力推覆分析方法不能计入高阶振型的贡献,难以应用到大跨度的桥梁结构中。有学者提出的模态静力推覆分析方法在计算结构的非线性响应时考虑了高阶振型的影响,且仍具有推覆分析方法计算量小的优点。该文使用模态静力推覆分析方法计算一座实际桥梁结构的非线性反应,并与标准的推覆分析和时程分析的结果进行比较,结果表明该方法对高阶振型在反应中贡献较大的结构也能得到较好的结果。

基于拟静力推覆分析的大开车站和区间隧道地震损伤研究

目前关于大开车站及区间隧道地震损伤的研究多集中于动力时程分析方面,但其呈现建模过程复杂,计算效率不高等特点。以原始大开车站、区间隧道以及新建大开车站为研究对象,首先,开展了构件层面的拟静力推覆分析,考虑地震荷载下中柱所受的荷载与约束条件,获得了不同竖向压力下中柱的抗震性能曲线;其次,开展了土–结构体系的拟静力推覆分析,采用改进的地下结构Pushover分析方法,再现了水平和竖向地震荷载作用下大开车站及区间隧道结构的地震破坏情况。分析结果表明:大开车站较区间隧道的横向和纵向跨度更大,尤其是考虑竖向地震动作用后,中柱的轴压比显著提升,普通钢筋混凝土中柱易出现变形能力不足而引起的脆性破坏;新建的大开车站中柱采用钢管混凝土结构,相同荷载工况下其表现出更好的承载力和延性性能,极大地提高了车站结构的安全性能。

模态静力推覆分析方法在桥梁结构中的应用

静力推覆分析是一种计算结构非线性响应的简化分析方法，然而标准的静力推覆分析方法不能计入高阶振型的贡献，难以应用到大跨度的桥梁结构中。有学者提出的模态静力推覆分析方法在计算结构的非线性响应时考虑了高阶振型的影响，且仍具有推覆分析方法计算量小的优点。使用模态静力推覆分析方法计算一座实际桥梁结构的非线性反应，并与标准的推覆分析和时程分析的结果进行比较，结果表明该方法对高阶振型在反应中贡献较大的结构也能得到较好的结果。

建筑结构显式拟静力推覆分析方法研究

基于结构的精细化非线性有限元模型和显式拟静力求解方法,提出了结构拟静力推覆分析方法(EQPA);为控制结构惯性效应,给出了加载模式和基于能量的评价方法。在自主研发的CPU+GPU并行有限元软件中开发实现EQPA,可有效克服大规模复杂结构隐式Push-Over分析中计算量大和收敛性差的问题。使用EQPA对某超高层剪力墙结构的抗震性能进行分析,并与三组人工地震动的简化动力增量分析(sIDA)对比。结果表明,EQPA的结构惯性效应得到有效抑制;EQPA耗时仅为sIDA耗时的4.97%;两种分析方法的结果有一定差异,但两者的结构能力谱曲线、层间变形规律、薄弱楼层和构件损伤规律较为接近。

基于拟力法的框架结构静力推覆分析

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧向荷载作用下的弹性位移;然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移,减少回代计算量;最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率,通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例,分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度.结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合,层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致,两者的最大误差出现在第3层,为3.72%,与传统方法相比,基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%,计算效率至少是传统方法的5倍.

钢筋混凝土结构的抗震性能分析方法——静力推覆分析

介绍了钢筋混凝土结构抗震性能的分析方法之一———静力推覆分析 ,详细阐述了其基本做法、实施过程中的注意要点以及在二维、三维结构模型中的最新应用 。

基于静力推覆分析算法的高层建筑混凝土核心筒抗震性能模拟

为减少因震动导致的高层建筑混凝土核心筒损伤,提出了基于静力推覆分析算法的高层建筑混凝土核心筒抗震性能模拟方法。选择某应用屈曲约束支撑的高层建筑混凝土核心筒为研究对象,结合PKPM软件模拟了基于静力推覆分析算法的高层建筑混凝土核心筒抗震性能。实验结果表明:静力推覆侧力分布形式对高层建筑混凝土核心筒的顶点位移角和基底剪力计算结果影响较大;屈曲约束支撑的高层建筑混凝土核心筒在X向的基底剪力曲线呈指数型增长;强震动作用下高层建筑混凝土核心筒的刚度降低、柱剪力的占比不断增大;延性系数恒定时,高层建筑混凝土核心筒能量谱比值与刚度折减系数呈正相关关系;高层建筑混凝土核心筒的损伤情况随强震持时的提升而提升;随着刚度特征值的不断增大,剪力墙耗能在总滞回耗能比中的占比下降,而框架梁柱耗能的占比则有所上升且分布形式大致呈线性。

带楼梯框架结构静力推覆分析及弹塑性性能研究

通过对带楼梯钢筋混凝土框架结构的静力推覆分析,并与不计入楼梯的框架模型进行分析对比,研究了楼梯对框架结构弹塑性性能的影响以及带楼梯框架结构的屈服机制。研究表明:不计入楼梯计算的常规设计方法不能达到预期的抗震设防目标,为此提出一种楼梯与主体脱离的设计措施。

输电直线杆塔风灾易损性的准静态分析方法

如何合理并高效地评估既有输电杆塔的抗风承载性能及安全裕度,对电网的风灾预测及运维管理具有重要的意义。该文提出一种考虑风向效应杆塔结构易损性评估的高效实用方法。首先基于风工程原理,采用准静态分析框架推导给出不同设计风速下的杆塔整体风荷载的极值概率分布;随后综合考虑输电塔结构参数的不确定性及初始缺陷,通过非线性静力推覆分析(nonlinear static pushover analysis,NSPA)考察杆塔结构的抗风承载能力性能及对应的破坏准则;进而依据随机抽样分析得到杆塔结构的抗风承载力的概率模型;最后采用极限状态函数计算不同风向角下的杆塔风灾易损性概率曲线。研究表明,基于首次超越概率理论可以方便得到准静态分析框架下的整体风效应概率分布;准静态的基底剪力响应不受结构非线性状态影响,可作为整体风荷载作用的评价指标;基于构件屈服破坏与整体破坏内在联系,可建立合理的轻微、严重和倒塌的破坏准则;风向角对杆塔的抗风承载性能和易损性均有着显著影响,杆塔在60°风向角下的易损概率最高。

结构的非线性静力推覆(Push—over)分析

本文主要介绍非线性静力推覆分析方法的原理、使用的步骤和用途。

基于推覆分析的RC框架地震倒塌易损性预测

基于倒塌率的结构倒塌易损性分析是目前评价结构抗倒塌能力最合理的方法。但是,目前基于增量动力分析(IDA)的倒塌率分析方法,工作量和实施难度大,很难直接用于工程设计,因此有必要研究便于工程应用的新方法。本文基于18个典型多层RC框架结构的IDA倒塌率分析和静力推覆分析,发现RC框架在大震下的倒塌率及抗倒塌安全储备(CMR)与静力推覆得到的结构位移安全储备之间存在较好的相关关系。依据此关系,建议了保证大震倒塌率的推覆位移安全储备,并通过9个RC框架结构算例进行了验证。本文方法简单易行,可供规则多层RC框架结构抗倒塌设计参考。

罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨。总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayle igh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题。

基于多尺度模型的装配整体式混凝土框架结构抗震性能分析

装配工艺的要求和连接接缝的引用使装配式混凝土结构的数值模拟分析面临新的挑战,计算效率与模拟精度之间的矛盾变得更加突出。基于通用有限元软件ABAQUS,采用多尺度建模,模拟分析了装配整体式混凝土框架结构的抗震性能。首先,基于装配整体式混凝土梁柱子结构的试验数据,验证了多尺度单元界面连接方法的正确性。然后,对装配整体式混凝土框架结构的多尺度模型进行了静力推覆分析和动力弹塑性时程分析,并与现浇混凝土框架结构的地震响应和损伤情况进行比较。结果表明,多尺度建模能有效提高计算精度并降低计算成本,很好地模拟装配整体式混凝土框架结构的破坏特征和整体结构的抗震性能;与现浇结构相比,装配整体式框架结构在单向静力推覆作用下抗侧刚度更小、延性更好,在7度罕遇地震作用下抗震性能相近,顶层最大位移增大了3.8%;多尺度建模方法可用于装配式混凝土结构分析。

某超高层静力和动力弹塑性分析对比

该文通过对某高于200 m的超高层进行静力和动力弹塑性分析,阐述了该结构的静力和动力特性,强化了静力、动力弹塑性分析认识。

超强台风下导管架平台结构弹塑性分析

针对超强台风引起的导管架平台甲板上浪载荷,基于三线性上浪载荷时间历程,采用API模型与Stokes 5 th波理论建立了上浪载荷计算方法与流程。在此基础上,应用静力推覆分析方法考察了不同上浪高度下导管架平台结构承载能力与失效模式的变化规律,利用动力弹塑性分析方法探讨上浪高度对导管架平台结构动态特性的影响,结果表明:上浪载荷导致导管架平台极限承载能力降低,当上浪达到一定高度时,平台失效模式由桩基失效演变为导管架顶部失效;平台在弹性和塑性阶段均存在一定程度的动力放大效应,且塑性响应阶段的动力放大效应更加显著。本文研究成果可为我国深水导管架平台的安全评估与优化设计提供参考。

填充墙竖向不规则布置RC框架结构考虑SSI效应的MPA分析

通过周期等效原则提出了考虑土-结构相互作用(SSI)的模态Pushover分析方法(MPA),并验证了此方法的可行性.以一10层填充墙竖向不规则布置的RC框架结构为研究对象,调整层刚度比和"薄弱层"布置位置,运用本文方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律.结果表明:1)罕遇地震时,在"薄弱层最敏感楼层"设置"薄弱层"会使薄弱层效应更加显著,且随层刚度比增大该结构的层间位移角增大;"薄弱层敏感区域"外楼层的填充墙不规则布置不会使结构形成明显的薄弱层.2)考虑SSI效应时,填充墙竖向不规则布置的RC框架结构的变形向底部楼层集中更加明显,随着场地土变软,结构倒塌时的层间刚度比降低,因此结构设计时需要更加严格控制层刚度比来确保该类结构在地震作用下的延性.

基于IDA法与Pushover法的混凝土核心筒抗震性能对比分析

足够数量地震输入的增量动力分析方法(IDA方法)是目前最为真实和先进的模拟结构抗震性能手段,而静力推覆分析方法(Pushover Analysis方法)操作简单,更为实用,可以较好揭示结构从弹性到屈服直至倒塌过程中构件的工作状态。采用2种方法对钢筋混凝土核心筒算例进行评估,并作对比分析。结果表明,采用IDA方法得到的4个性能水平与Pushover方法得到的指标限值有一定误差,但均在一定范围之内,采用IDA方法得到顶点位移角限值偏大;采用单一侧力模式的Pushover方法无法完全体现高阶振型及地震动等因素的影响,造成Pushover方法分析结果与结构实际弹塑性地震响应有一定差异。

某商业中心酒店超限高层结构设计

某商业中心酒店为B级高度高层建筑,其存在扭转不规则、凹凸不规则、竖向构件间断、体型收进等多项不规则项,采用了基于性能化的抗震设计方法。依据不同性能目标,分别进行了小震、中震、大震作用下的整体计算分析、楼板应力分析。通过中震和大震的分析结果,找出结构的薄弱环节,有针对性地进行加强,结构整体抗震性能达到预期目标,结构体系合理安全。

中日美多层屈曲约束支撑钢框架抗震性能比较分析

为研究屈曲约束钢框架与屈曲约束铰接钢框架两类不同结构形式钢框架的破坏机制和经济指标,通过对中、日、美框架结构设计规范的研究,以屈曲约束支撑水平力分担率β和结构首层剪重比C_b为主要研究参量,建立中国和美国结构形式多层屈曲约束支撑钢框架研究模型(CJ、US);通过弹塑性静力推覆分析,研究模型的层间位移与层剪力关系、塑性铰的形成规律、模型主体的用钢量与主要研究参量之间关系。研究发现:各中美结构形式模型的破坏机制均为整体结构破坏;CJ模型损伤向结构各层分布,而US模型有底部损伤集中趋势;框架用钢量与框架强度有关,但是与框架结构形式无关。