钢框架结构非线性静力Pushover分析方法的应用研究

摘要

基于性能的结构工程和结构设计是当今地震工程界的一个热点，Pushover分析方法因为能够比较合理地给受地震作用的结构体系与构件的地震要求提供足够的信息而受到广泛的关注。在美国的ATC-40与FEMA-274中，Pushover方法都是一个重要的内容。本文在对非线性静力Pushover分析方法的发展现状、应用背景、基本假定、理论基础和适用范围进行了论述之后，对目前存在的比较流行的几种Pushover方法进行了研究，并比较分析了各种方法的优缺点，指出其中存在的主要问题。 在此基础上，本文用四种不同的加载模式对高层钢框架结构进行了非线性静力分析，研究内容包括由Pushover分析得到的结构顶点位移、层间位移、底部剪力以及结构构件塑性铰的出现顺序以及分布情况，从而对结构在设计地震作用下抗震性能进行分析。分析表明，对于中高层的建筑结构，Pushover分析可以很好的预测地震作用下结构的反应情况，从结果看出表面不同的加载方式对高层钢框架Pushover分析有一定影响。一般情况下，均布的加载模式和倒三角的加载模式可以得到Pushover曲线的上下限。对于高阶振型影响比较大的高层钢框架结构，自适应加载模式较为合理。 本文利用Pushover分析方法研究框架的抗震分析中，考虑填充墙对框架结构的影响。建立了考虑填充墙静力非线性Pushover分析的刚架-斜压杆简化计算模型，提出了确定等效斜压杆初始宽度的计算公式。预测了结构在横向作用力下的行为：了解了塑性铰出现的先后顺序、塑性铰的分布、结构的薄弱环节、结构的破坏模式等。为填充墙-框架的实用设计提供合理化的建议。 当楼板的平面形状不规则且开洞较多时，多层建筑结构在水平作用力下，楼板的变形比较显著。因此，这种情况下采用“楼板刚度无穷大”的假定误差较大，需要考虑楼板变形。本文在边跨开洞的情况下对结构采用“局部弹性楼板”和“刚性楼板”两种假定的进行比较，说明对某些结构采用“刚性楼板”假定的弊端。同时，本文利用Pushover分析不同楼板开洞对多层钢框架房屋的影响，通过软件ETABS实现的。分析比较了楼板首层开洞、中间层开洞、顶层开洞和隔层开洞对框架结构塑性铰分布和破坏模式的影响。 通过分析研究，可以看出考虑到填充墙钢框架协同作用，框架的抗侧能力提高了约7%～8%。填充墙-框架结构体系的侧移刚度比纯框架有不同程度的提高。在罕遇地震作用下，结构顶层和底层楼板开洞对结构抗震较为不利。在工程设计中应充分考虑这些影响,提高结构设计的安全性与经济性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 静力弹塑性Pushover分析方法

第三章 侧向加载模式对钢框架结构Pushover分析的影响

第四章 考虑填充墙的轻钢框架的Pushover分析

第五章 考虑楼板开洞的轻钢框架的Pushover分析

第六章 结论和建议

参考文献

作者简介、作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢