三维Pushover方法在空间不规则结构抗震分析中的应用研究

摘要

Pushover方法是建筑结构弹塑性地震响应的一种简化分析方法，应用于规则结构的抗震性能评估，能够较好地满足工程设计要求。但是，目前的Pushover研究成果大多集中于平面单向推覆分析。随着建筑造型和结构体型复杂化，大多数结构存在平面及立面不规则，质量和刚度分布不均匀的现象，平面模型的分析结果很难反映结构的实际地震响应，不规则结构有时甚至根本无法简化成平面模型，Pushover分析方法向多维结构发展是必然趋势。因此，对空间不规则结构进行三维Pushover分析的研究既具有理论价值，又具有很高的工程价值。本文主要研究内容和成果包括以下几个方面：
　　 1)利用MATLAB语言编制了基于我国规范反应谱的改进能力谱法迭代程序，该程序通过建立考虑强度折减关系的非弹性需求谱来确定Pushover目标位移，同时还编制了确定基于单条地震动反应谱Pushover目标位移的改进能力谱法迭代程序。本文对一规则钢框架进行了三维Pushover分析，通过比较自编改进能力谱法迭代程序计算结果与动力弹塑性时程分析结果，验证了两个改进能力谱法迭代程序的正确性。评价了五种目标位移求解方法用来评估规则框架抗震性能的准确性。求解了结构在各水平荷载加载模式下的儿个重要反应指标(包括能力曲线、位移比、层间位移角以及塑性铰分布)，进而对这些反应指标与不同荷载模式的相关性进行了研究。
　　 2)结合自编的基于规范反应谱的改进能力谱法程序，对一空间不规则存在平扭耦联现象的塔体结构进行了多角度单向加载三维Pushover分析，探讨了正向推覆与反向推覆的差异、各种目标位移求解方法的适用性、各水平荷载模式下结构产生扭转的特点，结构刚性边与柔性边位移反应的差别，结构变形形状向量对目标位移计算的影响以及各模态带有扭转力矩的MPA加载模式在空间不规则结构中的应用。通过与多角度单向输入的13条地震波的动力弹塑性时程分析结果平均值比较，讨论了各水平荷载加载模式在评估结构重要性态指标(能力曲线、位移反应、塑性铰分布)方面的适用情况。同时结合自编的基于单条地震动的改进能力谱法程序，选取了3条地震波进行基于单条地震动的Pushover分析计算，通过将各水平荷载模式下3条地震波目标位移的平均值与动力弹塑性时程分析结果平均值相比较，评价了该方法的适用性。
　　 3)结合自编的改进能力谱法程序，建立了考虑双向地震作用的双向同时加载水平荷载的三维Pushover分析方法流程，采用多种水平荷载加载模式对上面的空间不规则结构进行了多角度的推覆分析，并将Pushover分析结果与5组含两个地震分量的动力弹塑性时程分析结果平均值进行了比较，以评估各种水平荷载加载模式的适用性。通过与双向动力弹塑性时程分析结果平均值相比较，讨论了采用各地震波的Pushover目标位移平均值代替基于规范反应谱求解的目标位移的适用性，讨论了各Pushover加载模式在评估空间不规则结构重要性态指标(能力曲线、位移反应及塑性铰分布)方面的准确性。
　　 本文对三维Pushover方法在空间不规则结构中的应用进行了较为系统及全面的研究，研究了常用的多种Pushover加载模式以及多种目标位移求解方法在评估结构抗震性能时的适用情况，为设计人员进行空间不规则结构的静力弹塑性分析提供了很好的参考。