某高層鋼框架結(jié)構(gòu)基于pushover方法抗震研究

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1、某高層鋼框架結(jié)構(gòu)基于pushover方法抗震研究　　摘要：本文以某高層鋼框架結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行基于pushover方法的抗震設(shè)計(jì)分析，對(duì)比結(jié)構(gòu)在不同工況下的目標(biāo)位移和層間位移角，以說(shuō)明基于pushover方法的結(jié)構(gòu)抗震分析的可靠性和實(shí)用性。關(guān)鍵字：高層鋼框架結(jié)構(gòu)pushover方法抗震分析中圖分類(lèi)號(hào)：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0000-001、概述高層鋼框架結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、承受動(dòng)力荷載的能力好、韌性和塑性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)相

2、比，鋼結(jié)構(gòu)良好的延性特點(diǎn)能夠使其在變形很大的情況下而不倒塌。因此，鋼結(jié)構(gòu)是一種良好的結(jié)構(gòu)抗震材料。目前，我國(guó)的高層鋼框架結(jié)構(gòu)還正處于廣泛應(yīng)用的階段，研究高層鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能很有意義。本文就是對(duì)某高層鋼框架結(jié)構(gòu)基于pushover方法的抗震分析。2、pushover方法2.1基本原理和假定6Pushover分析方法是和反應(yīng)譜相互結(jié)合的靜力彈塑性分析的方法，是按照一定的加載方式，給結(jié)構(gòu)施加一個(gè)單調(diào)遞增的水平向荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)給定的目標(biāo)位移，以此來(lái)分析判斷結(jié)構(gòu)的變形和受力是否滿足設(shè)計(jì)和使用要求。其基本原理是把結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成

3、為一個(gè)等效的單自由度的結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算和分析結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用時(shí)的最大位移，把它當(dāng)做是目標(biāo)位移。建立結(jié)構(gòu)的二維或三維模型，把地震作用等效為水平荷載，施加在計(jì)算模型上，對(duì)荷載以增量的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線性靜力分析，直至結(jié)構(gòu)的位移達(dá)到目標(biāo)位移值為止。在計(jì)算分析的過(guò)程中要及時(shí)找出結(jié)構(gòu)的塑性鉸，修改總的剛度矩陣。根據(jù)結(jié)構(gòu)變形和位移達(dá)到目標(biāo)位移值時(shí)的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力，可以判斷和評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震能力。Pushover分析方法的假定是：一、計(jì)算結(jié)構(gòu)體系和該結(jié)構(gòu)的等效單自由度結(jié)構(gòu)體系的反應(yīng)是相互關(guān)聯(lián)的，即結(jié)構(gòu)的第一振型控制結(jié)構(gòu)的反應(yīng)；二、在每一個(gè)

4、荷載的加載步中，結(jié)構(gòu)沿著高度方向的變形由形狀向量表示，在這一過(guò)程當(dāng)中，不論結(jié)構(gòu)變形的大小，形狀向量不變。2.2Pushover分析基本過(guò)程及荷載工況6本次計(jì)算利用SAP2000軟件的pushover功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，分析過(guò)程如下：首先建立結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，定義結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屬性，確定結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析的工況，然后運(yùn)行pushover進(jìn)行計(jì)算分析，最后查看計(jì)算結(jié)果，得出結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力等結(jié)果。SAP2000軟件提供了三種荷載加載方式，分別為自定義分布、均勻加速度分布和振型荷載分布。在進(jìn)行pushover分析計(jì)算時(shí)，首先要計(jì)算和分

5、析豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，然后在此基礎(chǔ)上考慮水平力作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。因此，本次計(jì)算分析的水平荷載加載模式（工況）如下：第一工況：豎向荷載；第二工況：豎向荷載+均勻分布荷載X方向；第三工況：豎向荷載+均勻分布荷載Y方向；第四工況：豎向荷載+結(jié)構(gòu)的第一振型分布；第五工況：豎向荷載+結(jié)構(gòu)的第二振型分布。3、某高層鋼框架基于pushover方法的抗震分析本文以某高層鋼框架結(jié)構(gòu)為例，對(duì)其進(jìn)行基于pushover方法的抗震計(jì)算分析。3.1工程概況及計(jì)算模型某十二層鋼框架結(jié)構(gòu)，層高為3m，結(jié)構(gòu)的梁柱和支撐全部是H型鋼，梁

6、的截面尺寸是：400mm×300mm×10mm×16mm，柱子的截面尺寸是：600mm×300mm×12mm×20mm，支撐的截面尺寸是：200mm×200mm×8mm×12mm，樓6板是100mm厚的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板。鋼框架結(jié)構(gòu)的建筑地區(qū)抗震設(shè)防烈度是8度，場(chǎng)地類(lèi)別是Ⅱ類(lèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震分組是第二組，場(chǎng)地特征周期是0.4s，結(jié)構(gòu)的阻尼比是0.05，設(shè)計(jì)的地震加速度值是0.209。在SAP2000中建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1所示。3.2分析結(jié)果3.2.1結(jié)構(gòu)的目標(biāo)位移由計(jì)算結(jié)果可知，工況二情況下，多遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為

7、0.074m，罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.392m；工況三情況下，多遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.055m，罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.309m；工況四情況下，多遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.084m，罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.531m，工況五情況下，多遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.063m，罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)頂層的目標(biāo)位移為0.385m。分布比較工況二和工況四、工況三和工況五可以發(fā)現(xiàn)，兩組工況下得出的數(shù)據(jù)結(jié)果相差不大，這說(shuō)明對(duì)于高層鋼框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，不同的加載模式會(huì)產(chǎn)生差異，且工況四時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移

8、大于工況二作用時(shí)結(jié)構(gòu)的位移，工況五時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移大于工況三作用時(shí)結(jié)構(gòu)的位移，這是因?yàn)楣r二和工況三是側(cè)向均布的荷載，工況四和工況五是倒三角分布的荷載，符合實(shí)際情況。3.2.2結(jié)構(gòu)塑性鉸的分布6觀察計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)是逐步出現(xiàn)塑性鉸，多遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸。分析罕遇地震發(fā)現(xiàn)，工況二、工況三、工況四