基于钢框架的不同水平荷载分布模式pushover分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会基于钢框架的不同水平荷载分布模式Push—over分析孙国华．1。2何若全“2高晓莹2<1．北京工业大学建筑工程学院，北京100022：2．苏州科技学院土木工程系，苏州215011)摘要：本文采用不同的水平荷载分布模式对钢框架结构进行了push-over分析，系统分析了结构进入塑性阶段后刚度、等价弹性周期、等价弹性振型质量参与系数等参数的变化规律。同时指出，不刚荷载分布模式对结构推覆分析所产生的损伤程度及损伤部位有一定差异，由此确定的结构屈服位穆、极限位移、位移延性系数等指标存在一定差别。关键词：push_over分析，水平荷载

2、分布模式．高阶振型一、引言Dush．over分析方法足一种评估结构抗震性能的简化非线性分析方法，，已经写入我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011．2001)。push．over分析方法可以考虑结构进入塑性后内力重分布这一客观现象外，在多数情况下还能够得出比动力时程分析更多、更重要信息，能够从本质上对结构在遭受地震作用时的综合性能进行更为深刻的描述。而且，这种方法具有操作简单，工作量小，结果稳定等优点。近年来，push-over分析方法受到人们越来越多的重视，已经成为基于功能抗震设计理论中的一种重要分析方法。push—over分析方法主要用于评价结构进入塑性

3、阶段后的性能。结构塑性的发展历程，是一个刚度退化、强度劣化的损伤发展过程，结构振型、岗期等自振特性也在不断的发生显著变化。本文采用不同的水平荷载分布模式．通过对钢框架结构进行推覆，系统分析了结构进入塑性阶段后结构位移延性系数、楼层川度、等价弹性周期、等价弹性振型质量参与系数等一系列控制指标的变化规律。二、Push—over方法的原理及基本假定Dush．over分析方法主要用于对已有建筑的抗震性能评估和加固，以及新建结构设计方案抗侧能力分析与评价。其原理是在结构的计算模型上施加按某种方式模拟地震水平作用的侧向分布力，，并逐渐增加，使结构从弹性阶段开始，逐步进入弹

4、掣性阶段，最终达到某一破坏标志或形成机构为止，来分析结构进入弹塑性状态时的反应，从而判断出结构及构件的变形和内力是否满足设计和使用功能的要求。PIlsh—over分析方法中的基本假定是：(1)结构的响应与一等效单自由度体系相关，即结构响应仅由结构的第一振型控制。(2)结构沿高度的变形由形状向量f庐)表示，即在整个地震反应过程中，不管结构的变形大小如何，形状向量{妒I始终保持不变⋯。三、现有的几种水平荷载分布模式水平荷载分布模式是指模拟地震的侧向作用沿结构高度的分布，它模拟的结果将直接影响push-oVef分析方法的准确性，是很重要的一步。水平荷载分布模式主要分

5、为两类：固定的荷载分布模式和非固定的荷载分布模式。目前，常用的水平荷载分布模式主要有以下几种：(1)．均匀分布模式⋯。1320工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会(2)．以结构弹性阶段第一振型向量的分布模式“1。(3)．沿结构竖向高度的倒三角分布的水平荷载模式，这种水平荷载分布模式是对第一振型分布模式的一种简化”。。(4)．FEMA一273推荐的考虑了结构动力特性的广义乘方分布模式“2。(5)．FwemaIl提出了一种通过对各阶振型所对应的水平力进行平方和开平方(sRss)遇台来考虑高阶振型影响的水平荷载分布模式”1。、(6)．通过对结构弹性振

6、型进行sRss遇合，得到结构的等效振型，然后根据等效振型分布水平惯性力的水平倚载分布模式”。。，(7)．采用前三阶振型向量在结构项部同向叠加进行分布水平惯性力，这种水平荷载分布模式是一种简化的处理方式，从一定程度上考虑高层钢框架结构中高阶振型的影响。1。(8)．目前较为常见的非固定水平荷载分布模式。3是根据加载前一步所确定的周期和振型，由反应谱曲线获得各楼层的水平惯性力，然后计算各阶振型下的结构各楼层层间剪力，并根据振型分解反应谱法中的SRsS振型遇合法则，获得考虑了多阶振型影响的层『ⅡJ剪力，通过此层间剪力反算各层水平惯性力，作为下一步的水平荷载模式。四、算

7、例分析本文选取了8层平面对称钢框架结构算例。push-0ver分析采用了均匀分布模式(模式1)、倒三角模式(模式2)、广义乘方分布模式(模式3)、Freern∞分布模式(模式4)、等效振型分布模式(模式5)和前三阶振型顶点同向叠加模式(模式6)。重点分析了push．“er方法采用不同荷载分布模式对结构分析时产生的差异及结构进入弹塑性阶段高阶振型影响的变化规律。，“．。计算模型通过塑性铰来考虑材料非线性，并考虑结构几何非线性及结构的二阶效应。考虑各楼层的恒、活荷载产生的质量增加以及竖向荷载的共同作用。计算模型为5跨，1层层高为4．5m，其余层高为3．6IⅡ，跨度

8、为6．6m，楼层质量均相等。恒荷7kN