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静力弹塑性分析方法主要用于对现有结构或设计方案进行抗侧力能力的计算,从而估计其抗震能力,自从基于性能的抗震设计理论提出以后,该方法的应用范围逐渐扩大到对新建建筑结构的弹塑性抗震分析。用静力弹塑性分析方法确定结构位移要求比弹性分析方法更能反映结构的弹塑性性能,又比弹塑性动力时程分析方法简单,作为实现基于性能/位移的抗震设计的重要工具,已经得到了普遍的认可,在现阶段尚具有很强的实用性。基于静力弹塑性分析方法的结构响应函数的建立,提供了一种直接求解完整的结构响应曲线的方法,并且可以通过索引迅速建立其他性能指标与地震强度之间的关系。
本文首先回顾了静力弹塑性分析方法的提出及发展过程,论述了静力弹塑性分析方法的基本原理,并对等效单自由度体系的转化、几种常见的水平侧力加载模式以及静力弹塑性分析方法的一般步骤进行了阐述,提出了P-△效应对结构的影响以及获得考虑P-△效应的骨架曲线的方法,进而通过算例对影响其分析结果的水平侧力加载模式进行比较研究。为了验证其正确性,采用动力弹塑性时程分析方法作为对照,并对地震动选取的主要原则进行了介绍。结合算例对地震动持时的影响进行了分析。
由于弹塑性谱加速度和地震强度存在比例关系,通过弹塑性动力系数建立了快速求解响应函数的方法,但考虑P-△效应后,骨架曲线具有下降段,在滞回过程中该最大值会超过定义的骨架曲线范围,此时应采用屈服水平系数代替弹塑性动力系数进行求解。通过单自由度体系算例验证这种方法的准确性。进而采用简化计算方法分别对6层和12层钢框架结构进行研究。6层结构算例中表现良好,而对于12层结构分析结果所表现出的离散性,与地震动样本数量较少,地震动强度指标的选择有一定的关系,另一方面,结构进入弹塑性阶段后非线性行为非常复杂,由于考虑P-△效应主要作用位置的不同,其破坏形式可能具有多种,但静力弹塑性分析得到的荷载传力路径一般是固定的,而不同破坏机制对地震动的响应也会存在很大的不同。同时算例还表明简化计算方法得到的结构响应曲线在形状上和增量动力分析结果非常接近,特别是在倒塌临界状态,两者都出现一个明显的平直段,证明了对于具有下降段的骨架曲线,当结构位移达到动力不稳定点时出现动力失稳这一理论的正确。通过这一方法可以快速判断结构的倒塌,避免了对原结构进行繁琐的动力弹塑性分析。与SPO2IDA方法的对比表明该简化计算方法具有良好的精度。