考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱

非线性反应谱是基于性能的抗震设计理论中亟待解决的基础性课题之一。本文将四种场地类别上的641条地震记录,按我国现行抗震规范设计分组的要求分为12组,对大量具有不同屈服强度系数的单自由度体系作了弹塑性时程分析。研究了结构强度水平、周期、场地类别以及设计分组等因素对延性需求的影响。结果表明,在给定屈服强度水平下结构的延性需求强烈地依赖于场地条件、设计分组等因素。对于短周期结构,延性需求随场地土变软而增大,同类场地随设计分组特征周期增大而增大。通过非线性回归分析,建立了与场地类别、设计分组相对应的延性需求谱μ-ξy-T的计算公式。在此公式的基础上,结合现阶段抗震设计规范构建了弹塑性位移反应谱,可用于结构弹塑性位移需求的简化计算,同时讨论了弹塑性位移反应谱的基本特点。

延性需求谱在基于性能的抗震设计中的应用

基于性能的抗震设计理论涉及如何简便而合理地确定结构在指定强度地震下的弹塑性位移需求。本文给出了利用延性需求谱求解结构位移需求的一般步骤:借助模态Pushover分析将多自由度体系分解为几个非线性单自由度体系,以考虑各阶振型的影响;利用延性需求谱计算对应模态的等效单自由度体系的延性及位移需求,并以一定方式组合转化为多自由度体系位移需求。最后,通过算例分析表明:利用延性需求谱求解结构位移需求是一种具有一定精度可为工程接受的简便方法,在基于性能的抗震设计中具有较好的应用前景。

基于规范弹性反应谱建立需求谱的方法

阐述了通过力的折减系数R和延性系数μ建立弹塑性反应谱的原理,并由新《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的加速度反应谱建立了弹塑性需求谱,为结合新抗震规范应用能力谱方法进行结构弹塑性分析奠定了基础。同时本文比较了不同的R-μ关系对需求谱的影响。

结构随机延性需求谱的理论研究

引入结构屈服水平系数,建立了结构的延性需求谱,使地震动的幅值特性和频谱特性可以分开考虑。利用双线性单自由度体系的时程反应分析结果,对延性需求系数的条件分布类型进行了假设检验,通过回归得到了Ⅰ类和Ⅱ类场地上延性系数的条件均值和条件标准差的拟合公式。在此基础上,提出了延性系数的统计参数的计算方法,建立了随机的延性需求谱,进而可获得随机的弹塑性位移反应谱。

考虑退化、捏拢和双向耦合效应的等强度延性需求谱

传统的等强度延性需求谱通常难以有效地考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应以及双向恢复力耦合效应的影响。鉴于此,基于双轴Bouc-Wen-Baber-Noori模型,建立了双向地震激励作用下单质点双自由度体系非弹性地震反应谱的基本方程,并定量分析了强度退化、刚度退化、捏拢效应和双向恢复力耦合效应对结构地震延性需求的影响,进而分别建立了等强度延性需求的均值谱和标准差谱的预测方程。分析结果表明:强度退化、刚度退化和捏拢效应会增大结构的地震延性需求;双向恢复力的耦合效应对地震延性需求的影响,取决于结构沿两个主轴方向地震耗能能力的相互竞争;退化、捏拢和耦合效应会明显增大结构地震延性需求的标准差,且非线性程度越高,随机性表现越明显;随着结构沿两个主轴方向自振周期的增加,等强度地震延性需求的均值和标准差均逐渐减小。

脉冲型地震下隔震结构的等强度位移需求谱研究

隔震支座在脉冲型地震作用下将经历很大变形,容易发生拉裂、失稳等破坏,利用等强度位移需求谱对隔震支座的最大非弹性变形进行估算简单、高效。以脉冲型地震记录作为激励,对基础隔震结构在脉冲型地震作用下的等强度位移需求谱进行研究。首先,采用Bouc-Wen模型描述隔震支座的非线性力-变形关系,建立了隔震结构等强度位移需求谱的相关运动方程;然后,运用MATLAB对运动方程进行编程并求解,得到基础隔震结构的等强度位移需求谱;最后,通过数值拟合建立了等强度位移需求谱的数学表达式,利用该表达式可以对隔震支座的最大非弹性变形进行快速估算,便于工程应用。

基于公路工程规范地震需求谱研究

从解决桥梁结构的实际问题出发,根据桥梁结构的抗震能力及计力法的需要,由于强度折减系数R与延性系数μ的关系建立弹塑性反应谱的原理,建立了基于《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)给出的弹性反应谱的非弹性地震需求谱,为桥梁结构抗震性能评价的研究提供参考意见。

结构随机延性需求谱的应用研究

结构的地震反应危险性曲线体现了结构的地震反应与地震动强度之间的关系,采用随机延性需求谱可以很方便地建立结构的地震反应危险性曲线。非线性结构在随机地震作用下的位移反应分析属于非线性随机振动问题,采用随机延性需求谱可以简单而有效的获得非弹性单自由度体系的随机位移反应的统计量,结合非线性静力分析,还可以进行多自由度结构的随机地震反应分析。此外,随机延性需求谱还可以用于结构的抗震可靠度分析。

基于公路工程规范地震需求谱的建立及应用

基于《公路工程抗震设计规范》(JT J 004-89)的弹性反应谱建立了地震弹塑性需求谱,并从解决桥梁结构的实际问题出发,根据桥梁结构的震害规律和特点,考虑桥梁结构的位移延性、耗能特性等方面因素,利用Push-over方法建立了桥梁结构的能力曲线,应用相应的地震需求谱具体分析了实际桥梁结构的破坏极限状态,为桥梁结构抗震性能评价的研究提供参考意见。

考虑场地类别和地震动特征周期分区的A_y-D_y格式地震需求谱

非线性反应谱是基于性能抗震设计理论中亟待解决的基础性课题之一。Ay-Dy格式地震需求谱的特点是,过原点的射线与不同屈服强度系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现多级性能目标提供方便。本文将4种场地类别上的434条地震记录,按《高架桥梁抗震设计》场地类别和地震动特征周期分区的要求分为12组,通过对单自由度体系的时程分析,得到基于场地类别和地震动特征周期分区的Ay-Dy格式地震需求谱;研究结构强度水平、周期、场地类别及地震动特征周期分区等因素对需求谱的影响;通过非线性回归分析得到不同场地类别、不同特征周期分区和不同强度水平下的回归表达式,可用于结构非线性位移的解析计算。最后,通过算例说明运用本文成果进行设计的过程,并与已有文献结果比较,证明本文研究的正确性。

非线性静力分析需求谱建立方法的两点改进

非线性静力分析方法是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种方法,目前广泛应用于结构的抗震性能评估中。非线性静力分析的研究目前有若干分析方法,这些方法在结构能力曲线建立的方法上是相同的,即首先建立力-位移曲线,然后转化为承载力谱,但是在需求曲线的建立上各有不同。本文介绍了几种典型的非线性静力分析需求谱建立方法,指出了其和原有的需求谱建立方法的不同和改进之处。

不同类型地震动作用下等强度需求谱特征及其影响因素分析

以非弹性单自由度(NSDOF)体系为研究对象,分别选取远场普通地震记录、远场长周期地震记录和近场脉冲型地震记录为输入,对不同类型地震动作用下等强度需求谱特征及其影响因素进行了研究。首先,基于已有研究成果建立了远场长周期地震记录和近场脉冲型地震记录选取准则,从太平洋地震工程研究中心(PEER)地震记录数据库选取了3种不同类型的地震记录,共60条,对其频谱特性进行了对比研究;然后,建立了NSDOF体系运动方程,运用MATLAB进行了编程并求解得到了体系的地震响应,在此基础上建立了等强度需求谱;最后,对比研究了不同类型地震动作用下等强度需求谱的谱形和谱值特征,以及强度折减系数、阻尼比和刚度比对等强度需求谱的影响。研究结果表明:不同类型地震动作用下等强度需求谱的谱形变化不大,谱值在对应周期段差别较大;在特定周期段,增加阻尼比可以对NSDOF体系位移响应起到较好的控制作用,增大强度折减系数可以对体系加速度响应和位移响应同时起到较好的控制作用。

自复位结构延性需求谱研究

自复位结构的滞回曲线为旗帜型,具有延性好、损伤小等特点。对旗帜型滞回模型建立单自由度体系,进行弹塑性时程分析,获得了等强度延性需求谱;与代表现浇结构的双线性弹塑性滞回模型进行对比,表明延性需求更大,设计时要通过合理的措施保证更高的延性;研究了整体设计参数,如强度折减系数、抬起后刚度和滞回耗能能力对自复位结构的延性需求影响,说明了旗帜型滞回模型的非线性反应谱特征;对模型进行参数分析,说明了抬起后刚度系数α和耗能系数β对旗帜型滞回模型的影响。结果表明,在一定程度上增加α或增加β,可以减小自复位结构的延性需求。

不同类型地震动作用下自复位摇摆桥梁延性需求谱研究

自复位摇摆桥梁的损伤和残余位移小,具有良好的震后可恢复性。文中以自复位摇摆桥梁为研究对象,对不同类型地震动作用下的结构的延性需求谱及其影响因素进行研究。选用FEMA P695推荐的100条典型地震动作为输入,并划分为远场地震动、近场脉冲地震动以及近场无脉冲地震动。研究结果表明,近场脉冲地震动作用下的结构的延性需求最大,设计时需考虑近场脉冲地震动的影响;随着强度折减系数R的增大,结构的延性需求显著增加,设计时不宜采用较高的强度折减系数;增加刚度比α和耗能系数β能在一定周期范围内减小结构的延性需求;阻尼比ξ在0.01-0.05范围内对延性需求的影响基本可以忽略。

非线性静力分析需求谱建立方法的两点改进

非线性静力分析是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种方法,目前广泛应用于结构的抗震性能评估中.非线性静力分析的研究目前有若干分析方法,这些方法在结构能力曲线建立的方法上是相同的,即首先建立力-位移曲线,然后转化为承载力谱,但是在需求曲线的建立上各有不同.通过介绍几种典型的非线性静力分析需求谱建立方法,指出其和原有的需求谱建立方法的不同和改进之处.

阻尼比对延性需求谱的影响

阻尼比取值差异必然对结构响应计算结果产生影响。该文在PEER强震记录库中选择了434条水平向地震记录,并将其按我国现行抗震设计规范进行场地类别和设计地震分组的划分,对阻尼比为0.02、0.04、0.06、0.08、0.10的单自由度结构体系,进行弹塑性时程分析,得到了在不同阻尼比取值时,考虑不同场地类别和设计地震分组的阻尼比影响系数曲线。分析结果表明:阻尼比影响系数随结构屈服强度系数的变化不显著,屈服强度系数对阻尼比影响系数的影响可以忽略;阻尼比系数与结构的自振周期近似成直线关系,取值基本在0.75―1.25之间变化;阻尼比影响系数存在不敏感区,不敏感区的自振周期的分布范围受场地类别和设计地震分组的影响。最后,通过非线性回归分析,提出了在不同场地类别和地震动特征周期下的阻尼比影响系数取值的函数表达式。

基础隔震结构的能力谱分析方法

能力谱法是一种简单而有效的对结构性能进行评估的静力弹塑性方法。本文将该方法引入到基础隔震结构性能评估中，并充分考虑了基础隔震结构的特点，对应用中的力学模型、横向水平力分布形式、需求谱建立及评估指标等问题进行了分析。最后给出了一个实际算例，并用时程分析法进行检验，证明该方法有一定的可靠性。

基于改进能力谱法的砼框架Pushover分析

基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析框架极限状态的非线性有限元法。提出了改进能力谱法,定义了砼框架结构唯一的延性系数,确定Pushover曲线的极限状态点为性能点,通过性能点位于由延性系数所折减的非弹性需求谱曲线上的条件,求出框架的最大抗震谱加速度,评估框架的抗震性能。兼顾承载能力,得出相对受压区高度0.25―0.35,轴压比0.6―0.8的框架,具有较好的抗震性能。

能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的适用性

为了探讨能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的适用性,基于能力谱方法的基本原理,分别以4跨规则连续刚构桥和不规则的特大桥为例,采用能力谱方法和时程方法,分别计算了桥梁在不同地震水平下的地震响应,并将两种方法的计算结果进行了比较。结果表明:对于以一阶振型为主、受高阶振型影响较小的规则桥梁,能力谱方法相对于时程方法,其算法简单,精度满足要求,在桥梁抗震性能评估中具有一定的合理性和实用性;对于振动特性复杂的不规则大跨高墩桥梁,能力谱方法与时程方法存在较大误差,在抗震性能评估中应以时程分析方法为准。