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1、1998年12月工程抗震第4期多层建筑结构抗震性能的近似评估改进的能力谱方法叶献国(合肥工业大学)摘要!本文扼要介绍了近似评估结构弹塑性抗震性能的能力谱方法,并提出了一个计算简便、概念直观的改进方法。所列举的分析实例,证明了经改进的能力谱方法的实用性。一、概述ysis)。它是进行结构在侧向静力加载下的弹当前世界各国在建筑结构抗震设计和塑性分析。具体地说,即是在结构分析模型研究中,广泛地采用底部剪力法和振型分解上施加按某种方式模拟地震水平惯性力作用反应谱法等简化的分析方法。尽管这些方法的侧向力并逐步单调加大,使结构从弹性阶具有简
2、单和便于使用的优点,但难以考虑结段开始,经历开裂、屈服直至破坏倒塌。在构在强震作用下弹塑性反应的真实表现。另研究中考虑采用的有三种侧向力分布方[1]一方面,通过逐步积分进行非线性动力分析式,即均匀分布、线性分布(倒三角形分(时程分析),可计算出地震反应全过程中各布)和抛物线分布,如图1(a)所示。侧时刻结构的内力和变形状态,给出结构的开向力分布方式的不同将影响侧移分析的结裂和屈服的时刻和顺序,发现应力和塑性变果,通常多采用线性分布方式。通过侧移分形集中的部位,从而判明结构的屈服机制、析,可近似了解和评估结构在地震作用下的薄弱环节及可能的破坏类型。然而
3、,非线性内力和变形特性、塑性铰出现的顺序和位动力分析技术复杂、计算工作量大及占用计置、薄弱环节及可能的破坏机制。这种途径算机机时长,在地震工程中的应用受到一定比进行非线性动力分析来得简单,可用于近的限制。目前,非线性动力分析的应用尚不似评估结构抵御地震的能力。不足的是无法普及,通常仅限于理论研究中。鉴于上述背得知所分析的结构在某个具体地震作用下的景,寻求一种简化的评估方法,使其能在某结构反应和破坏情况。种近似程度上了解结构在强震作用下的弹塑另外一种简化评估方法即是所谓的能力性反应性能,这将具有一定的应用价值。谱方法(thecapacityspectr
4、ummethod)。它的在地震工程研究中采用的简化评估方法概念最初是由Freeman等人在1975年提出[2]之一就是所谓的侧移分析法(PushoverAnal的,后来又作了改进。它可视为侧移分析图110法的发展,实质上是通过地震反应谱曲线和1将给定的地震记录分别输入自振频结构能力谱曲线的叠加,来评估结构在给定率分布在一定范围的单自由度弹性体系(通地震作用下的反应特性(图2)。这里所说常假定粘滞阻尼系数取5%),从而得到相的反应谱,就是指单自由度弹性体系在给定对应的各最大反应值(位移、速度和加速地震输入下的加速度反应谱;能力谱曲线就度
5、)。据此可绘出该地震的加速度反应谱曲是指通过结构侧移分析,转换得到的等效单线,即加速度与结构自振频率的关系曲线,自由度体系的加速度位移关系曲线。由于或根据需要用加速度位移坐标形式表达的这种方法具有简单实用的优点,近年来再度反应谱曲线(也称需求谱,DemandSpectrum)。[3]引起人们的注意和研究。需要说明的是,2对所研究的结构选定一合适的单元我国关于延性谱的研究是比较早的,在国际恢复力模型,进行弹塑性侧移分析,即施加上居于领先地位。我国的现行∀建筑抗震设等效水平地震力(针对常见规则结构,由于计规范#(GBJ1189)对较规则的结构变形
6、仅考虑第一振型的作用,常采用倒三角形分验算提供了非常简单的实用方法。布的水平力),单调加载至结构破坏(通常定义结构顶点相对侧移达到某一限值,比如说2%,作为结构破坏的标志)或处于不稳定状态。在此过程中,可记录到各级荷载下的结构反应值,比如,结构基底剪力,顶点相对侧移等;同时也可得知塑性铰的出现顺序及位置和最后的破坏机构。对于按常规设计的规则钢筋混凝土框架结构,得到的基底剪力顶点相对侧移关系曲线通常呈现两个图2能力谱方法和特征反应点较为明显的转折点,将整个曲线分成三段(图3(a))。其中第一个转折点对应着结构本文对能力谱方法加以研究,对该方法中第一
7、个或首批塑性铰的出现;第二个转折提出了改进,可对结构在地震作用下的弹塑点则标志着结构中一批塑性铰集中出现,可性反应和破损作出更加简便和比较满意的近视为结构整体处于侧移屈服状态。似评估。3因为考虑的是规则结构,认为第一二、能力谱方法与侧移分析振型将起主要作用,故可将原结构近似用一可以认为,能力谱方法是一种介于结构等效单自由度体系代替,将从上一步骤得到弹塑性动力分析与弹性动力分析之间,针对的基底剪力顶点相对侧移值,按下列公式普通规则结构的弹塑性静力分析方法。该方转换得到该等效体系的拟加速度位移关系法的常规计算步骤如下:曲线,称为能力谱曲线(Capa
8、citySpectrum)。图3分析实例的侧移分析结果11拟加速度值(习惯以g为单位)为:定地震下
