多层不对称结构的非线性静力分析和抗震性能评估研究.pdf

多层不对称结构的非线性静力分析和抗震性能评估① 吴琴锋梁兴文黄艳 (西安建筑科技大学土木工程学院 陕西西安710055) 摘要 通过对多自由度体系的静力分析和等效单自由度体系的抗震能力进行评估，建立了一种多层不 对称结构的非线性分析方法。该方法根据结构动力学原理，在单向地震作用下，建立多层不对称结构 的运动方程，并对相应模型进行推覆分析，得到等效单层模型和等效单自由度体系运动方程，从而得 到结构的每层层位移等相关量。将本文方法的计算结果和非线性动力时程分析结果进行对比，结果表 明本文方法能很好地预测多层不规则结构的地震反应。 关键词 多层不对称结构；等效单层模型；推覆分析；运动方程 I前言 结构的非线性分析对结构在强震作用下抗震设计和抗震性能评估非常重要。当前，结构的抗 震性能评估程序中，主要有多自由度非线性时程分析程序和等效单自由度非线性时程分析程序。 但是弹塑性时程分析技术复杂，计算结果深受输入地震波以及结构构件性能假定的影响，而且在 实际工程的应用中对设计人员的专业知识要求很高。为了克服这些缺点，一些研究人员发展了等 效单自由度非线性分析程序。虽然此程序已经广泛应用于第一振型控制的结构分析中，但是，在 不对称结构应用中还有相当多的问题尚待解决。 为了克服上述方法的种种局限，本文介绍一种多层不对称结构的非线性静力分析方法。相对 于传统方法，它不需要对复杂的三维多层结构模型进行推覆分析，仅对相应的平面框架和单层模 型作Pushover分析。 · 本文以一个4层平面不对称框一剪结构为例，将此多层不对称结构的非线性分析结果和非线性 动力分析结果作一个比较。 2运动方程 2．1 多层不对称结构的无阻尼自由振动运动方程 多层不对称结构的无阻尼自由振动运动方程可用下列方程表示： 娜噼|}+[．盟，删脚心好 其中【M】=L…[,．11踟01 ①陕西省自然科学研究计划项目(2003E215)；陕谣省教育厅专项科研计划项目(05JK236) _——489·—- {zj=，．’{0j (2) 把方程(2)代入(1)得： [鳓㈣+[一裂，震凇㈤(o沿1 ④ 从方程(3)，多层不对称结构第k振型的自振频率∞々和振型{改)就从下列方程中得到： 峨2卿f’哟． (4) {苁}=k蚶勉·蚶)1 ㈣ ㈣州二E拙针{3) c回 (一碣[，，z】+【如】)舨)={o) 式中，嘶；，{办f)，E，J分别是等效单层模型的第i自振频率和振型形式、偏心率和回转半径； 哟和{鸡}是多层不对称模型的第／自振频率和振型形式。 第一振型参与系数一和多层不对称结构的第一振型相应模态质量比衍可表示为： 正=勰一，2轰2≤掣 ④ 厂l=■，·rs， 砑=薪，·嚣。 (9) 式甲，■l和坼1是等效早层模型的第一振型参与系数和第一模态质量比；厂sl和m；l是多层小对 称结构的第一振型参与系数和第一模态质量比。它们可以由以下方程表示： ?·2砑4II-,Yi ㈣，