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桁架抗震分析

2014/12/18 16:24:10点击:
      众所周知,钢结构桁架抗震分析是工程结构研究的主要方向之一。目前,现有的钢结构桁架工程抗震分析方法主要有这样的四种,分别是:底部剪力法,反应谱法,线性或非线性时程分析法和静力弹塑性分析方法(StaticPush-overAnalysis,以下简称POA),对于这四种抗震分析方法,前面两种因为计算量较小而被广泛采用,后两种方法在我国抗震规范中被作为针对“不规则、具有明显薄弱部位并且可能导致重大破坏的建筑结构的补充分析方法”。其中,非线性时程分析方法是被认为精确的动力分析方法,与底部剪力法和反应谱法不同的是,它是将外力作用以时间函数的方式引入到结构动力微分方程之中,并通过相应的积分方式得到结构每一个时刻的动力响应以及响应的变化情况。当然,它的缺点就是计算量非常的大。而静力弹塑性分析方法是基于两个假设的大前提之下,使得计算大大地简便,同时在整个分析过程中又兼顾考虑到了构件的弹塑性,保证了一定的精确性。
      传统POA法所基于的两个假设为:(1)结构的动力响应被人为的假定为仅由 阶振型控制(2)结构在受到外力激励下,它的形状向量一直保持不变。国内外许多学者的研究已经表明:这两个假设不完全正确,对于以 振型控制的结构而言,用POA法得到的结果比较准确,但是有不少结构并非以 振型控制的。另外,在使用该法预测结构的抗震性能时,结构由弹性状态进入弹塑性状态过程之中形状向量显然会发生比较大的改变;还有一个重要点是,对于选择怎样的侧向力加载模式也会对抗震分析预测得到的结果产生很大的影响。钢结构桁架基于上述POA法的缺点,加州伯克利大学的Chopra教授提出了考虑高阶振型影响的模态推覆分析方法,该方法参考了反应谱理论,抗震分析是基于结构多阶模态组合之下完成的。这里的“多阶模态”是指:侧向力的分布形式取决于结构的振型。也就是说,在整个推覆过程之中,侧向力的形式不发生改变,钢结构桁架得到多个模态下结构的动力响应,再采用一定的组合方式来得到 后整个结构的动力响应。根据已有的反应谱理论,有多少个质点的结构地震反应就会有多少个模态反应。按照ModalPushoverAnalysis,每个模态向量的侧向力都可由等效单自由度体系来模拟,这样计算量又未免过大,又由于各模态对整体结构动力响应的贡献量与振型参与质量有关。因此,可以根据振型参与质量系数的大小来确定所需要的振型数量。
     已有研究_表明:在应用MPA法时,当所选的振型质量参与系数大于80%时,可以得到较为精确地分析结果,当然从精度上考虑,选择的模态数越多,分析的得到结果自然也就会越精确。