考虑竖向地震效应的模态Pushover分析方法

考虑竖向地震效应的模态Pushover 分析方法

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尹　犟　易伟建

(湖南大学土木工程学院,长沙　410082)

摘　要:传统的Pushover 方法未考虑竖向地震效应对结构水平位移需求的影响,当地面运动中竖向分量所占比例相对较高时,该方法很难对结构最大位移需求作出精确估计。通过对其进行改进,提出首先对结构按一定方式施加竖向地震引起的惯性力,随后进行结构水平向的多模态推覆分析,并按SRSS 方法计算其最大位移需求。最后采用一多层混凝土框架结构对其进行验证,结果表明,该方法所得的楼层位移及层间位移角与非线性时程分析结果十分接近,具有较高的精度。 关键词:竖向地震;Pushover 分析;竖向模态;位移需求

THE MODA L PUSH OVER ANA LYSIS WITH THE CONSI DERATION

OF THE VERTICA L SEISMIC EFFECTS

Y in Jiang Y i Weijian

(C ollege of Civil Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China )

Abstract :In the traditional Pushover method ,the vertical earthquake effect ,which has an impact on horizontal displacement ,is not taken into consideration.When the seismic intensity in vertical direction takes a high ratio ,it is hard to accurately estimate the maximum displacement demands on structure by the traditional Pushover method.Hence ,the paper aims at making improvement on the traditional one.Firstly ,the inertial force caused by vertical earthquake is en forced on structure according to certain means.Then ,the multi 2m ode Pushover analysis procedures are applied in the horizontal direction of structure ,and the maximum displacement demand is calculated on the ground of SRSS method.A multistory concrete frame is applied to testify this theory.The data shows that ,using the improved method ,the numerical results of floor displacement and story drift ratio are well agreed with the results from nonlinear time 2history analysis ,which dem onstrated that the improved method is of high accuracy.

K eyw ords :vertical earthquake ;pushover analysis ;vertical m ode ;displacement demands

3国家自然科学基金(50678064)和湖南省科技厅重点项目

(06F J3003)资助。

第一作者:尹犟,男,1975年10月出生,博士生。

E -mail :yinjiang2001@ 收稿日期:2009-01-20

0　引　言

地震工程的传统观点通常认为,竖向地震对结构的影响远小于水平地震。若取地震加速度记录中较大的一个水平分量为基数,其竖向分量峰值PG A 2

v 与水平峰值PG A 2h 之比仅为1Π2～1Π3左右

[1]

。然

而,近几十年来国内外发生的多次强震表明,竖向地震的强度也能达到十分可观的程度

[2-5]

。如:美国

Im perial Valley 1979、Loma Prieta 1989、Northridge1994

及台湾Chichi 1999地震中均曾测得PG A 2v ΠPG A 2h 大于1的地面运动纪录。不仅如此,同期震害调查也显示,某些强震中结构物的破坏的确存在着竖向地震作用的明显痕迹

[6-8]

。如:1985年四川自贡418

级地震,震中区多层砖房破坏严重,震害主要表现为随处可见的水平横缝和环缝,由水平地震引起的典型破坏特征(剪切斜裂缝及X 裂缝)则很少出现;

1995年日本神户地区712级地震中,许多7～8层混

凝土框架结构房屋破坏严重,震害主要表现为3～4

层部位混凝土框架柱纵向钢筋受压屈服,混凝土被压碎,底层柱的破坏程度却相对较轻,以上震害现象均被视为竖向地震作用导致结构破坏的典型案例。

作为一种结构非线性反应的简化分析方法,Pushover Analysis 以其相对较高的精度、简单的工作量及广泛的适用性受到各国学者的普遍关注并得到

广泛应用[10-14]

。目前,Pushover 分析大都仅考虑水平方向的地震作用。然而有研究表明,当竖向分量在地面运动加速度过程中所占比例相对较大时,竖

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3Industrial C onstruction V ol 139,N o 15,2009

工业建筑　2009年第39卷第5期