模态Pushover的影响因素评估及改进方法研究

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Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的结构抗震设计规范,侧向力分布的选取是结构Pushover分析中的一个关键问题,尤其是高阶振型影响显著时其选取直接影响Pushover分析的效果和精度。已有研究表明,对于高振型影响不明显的结构,目前比较广泛应用的侧向力模式(POA)能提供比较好的精度,但对于高阶振型影响显著的结构,其评估结构反应的可靠性仍需进一步研究。基于弹性动力学理论的Modal Pushover方法(简称MPA)的提出,为解决高阶振型影响显著框架的Pushover方法提供了一个新的研究方向。本文以Opensees为平台,针对一组不同周期、严格按照我国规范设计的钢筋混凝土框架,重点研究以下几个方面的内容:①对几个目前应用比较广泛的侧向力模式与MPA进行全面评估,并在此基础上重点评价结构周期及非线性程度对该组侧向力模式的影响,并研究正、反向推覆的影响。②在MPA结果的基础上研究该组框架整体反应中高振型的影响。③在得到结构非线性程度对该组侧向力模式的Pushover及MPA影响显著的结论基础上,通过研究某种有效的对结构构件刚度的折减方案,得到该结构的考虑非线性特征的模态,提高MPA评估非线性程度较大的结构地震反应的精度。从上述研究工作中得出的主要结论是:①四种模式的POA的中上部反应较时程分析结果偏大,而下部则有不同程度的高估,其误差大致降序排列为模式A、D、B、C,而且其排列顺序不受结构影响,其中四种模式对判断结构上部梁柱单元出铰基本失效。另一方面,考虑质量参与系数满足95%概率的MPA全面好于POA结果,但在如层间剪力误差上有高估的趋势,最重要的是,MPA能比较准确的找到结构上部的梁柱出铰位置,并且数值误差控制在一个合理水平。②从框架方向看,结构周期影响POA的精度显著,随着结构周期的增大,上部反应高估程度进一步被放大,而MPA受其影响有限,其影响主要体现在使结构上部反应向高估发展。③从整个的分析情况来看,非线性程度对所有推覆分析的层间位移角影响明显,非线性程度的增加使的其误差有着不同程度的增加。④本文采取的两种刚度折减方案都能较好地改进MPA结果,特别是在整体反应量方面,其中第二种方案的改进并不受结构非线性程度及结构周期的影响。
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