原创《静力非线性方法用于桥梁高墩抗震性能分析》：这篇抗震性能论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
摘 要：高墩桥梁由于结构本身的特点,墩高使得高阶振型的影响更明显,笔者基于“等效振型高度”的概念对通常采用的MPA（Modal Pushover Analysis）方法提出改进,并采用几种不同侧向力分布模式的Pushover以及动力时程分析对桥梁单墩进行对 析,以研究改进的MPA法应用于桥梁高墩抗震性能分析的计算精度和有效性.分析结果表明,当地震动强度较小时,MPA法和改进MPA法可以较好的改善计算结果；随着地震动强度的增大,改进MPA法的计算精度优于MPA法.
关键词：高墩；抗震性能；静力非线性分析；等效振型高度
中图分类号：TU352.1；U448.22文献标志码：A文章编号：16744764（2012）05004208
非线性静力分析（Pushover）法是一种简化的非线性地震反应评估方法,其基本原理是：在结构分析模型上施加按某种方式分布的侧向荷载模拟地震作用下的侧向分布力,并逐级按比例增大,直到结构达到预定的状态（位移超限或位移达到目标位移）,然后评估结构的性能.它提供了一种评估结构地震反应尤其是非线性地震反应的简单而有效的方法,因此Pushover分析法为各国规范所接受,中国建筑结构抗震设计规范也引入了Pushover分析方法[1].
Pushover分析方法中,侧向荷载的分布模式直接影响分析结果,目前规范常用的侧向荷载分布模式有均匀分布荷载、倒三角荷载、一阶振型荷载等,已有研究结果表明采用上述水平侧向力分布模式难以反映高阶振型对结构地震反应的影响[24].Chopra等基于结构动力学多自由度体系解耦的思想提出了模态Pushover分析法（MPA）[5].MPA法采用基于振型的侧向加载模式,将多自由度体系的反应等效为多个单自由度体系反应结果的组合,考虑了高阶振型的影响,和传统的Pushover方法相比精度有所提高.以上Pushover分析方法大多是针对建筑结构提出的,应用于桥梁结构的研究相对较少.由于桥梁结构的非规则性及其自身特殊性而和一般建筑结构有较大区别,因此有必要对Pushover方法在桥梁结构上的应用加以细致研究.而且对于桥梁中的高墩桥梁,由于墩高而使得高阶振型的影响更明显,因此MPA方法在高墩及高墩桥梁抗震性能评估中应用的有效性有待研究[6].〖等于D（〗 李正英,等：静力非线性方法用于桥梁高墩抗震性能分析〖等于〗
笔者基于MPA法的基本思路,并引入振型有效高度[7]的概念,提出了改进的MPA法（MMPA）,通过计算各阶振型的有效高度作为Pushover分析中的加载控制点,而传统Pushover法是以结构顶点作为加载控制点.选取30、90 m单墩作为研究对象,采用MMPA法、MPA法和FEMA建议的2种Pushover法进行非线性静力分析,并将分析结果和非线性时程分析结果相比较,以对非线性静力分析法用于桥梁高墩抗震性能评估的有效性进行研究.1 MPA法及改进的MPA法
MPA采用基于振型的侧向加载模式,考虑了高阶振型的影响,和传统的Pushover方法相比精度有所提高,其基本实施步骤如下：
1）计算结构弹性状态下各振型的频率ωn和振型向量φn；
2）对第n阶模态,施加侧向荷载s*n等于mφn,（其中m为结构的质量矩阵）得到Pushover能力曲线（底部剪力顶部位移曲线Vbnurn）；
3）对第n阶模态,将能力曲线简化为双折线,如图1（a）所示；
4）对第n阶模态,用公式Fsny/Ln等于Vbny/M*n、Dny等于Urny/Γnφrn（其中,M*n为等效振型质量,φrn第n振型顶部振型值,Γn等于φTnmi/φTnmφn为第n振型的振型参和系数）将简化的能力曲线转化为等效单自由度体系的Fsn/Ln-Dn关系曲线,如图1（b）所示；
5）求解 4） 中等效单自由度体系的峰值位移响应Dn（可采用非弹性反应谱法或时程分析法） ；
6）利用公式Urn等于ΓnφrnDn得到第n振型结构顶部峰值位移响应；
7）由Pushover分析结果得到第n振型的其它峰值反应量rn；
8）对前N阶振型（一般考虑振型质量参和系数达到95%即可）重复步骤3）～7）得到相应振型的各反应量；
9）利用SRSS规则将各振型的相应反应量组合得到结构的总反应量.
在上述MPA方法计算步骤中,以结构顶点作为控制点,通过逐步增大侧向荷载使结构的顶部位移达到预定的目标位移.由于高柔的桥墩在水平荷载作用下以弯曲型破坏为主,高阶振型的影响较大,各振型均以结构顶点作为加载控制点,往往不能取得较好的分析效果.考虑到振型高度本质上反映的是各振型对结构总底部弯矩的贡献,是以控制结构底部总弯矩为依据[7],因此以各振型的等效振型高度作为加载控制点,可以更为精确的模拟地震反应的结果.
为此,在MPA法的基础上进行改进,引入有效振型高度的概念：
其中HEi为有效振型高度,是具有长度的量纲；{h}等于{h1,h2,等,hn}为各节点高度向量.在改进MPA法中,以各振型有效振型高度处的节点作为控制点,逐步增大侧向荷载使控制点的位移达到预定的目标位移.
为便于对 析,另选取了FEMA356建议2种类型的侧向加载模式[8],即基于基本振型的侧向加载模式（1st）和均布侧向加载模式（Uniform）,和前述2种静力非线性分析方法对比研究.2 目标位移的确定
Pushover方法是通过对结构施加沿高度呈一定分布的水平单调递增荷载来将结构推至某一预定的目标位移,来分析结构的薄弱部位及其它非线性状态的反应,以判断在未来可能地震作用下结构及构件的变形能力是否满足设计及使用功能的要求.因此确定目标位移是基于性能的抗震设计的关键之一.目前,计算结构目标位移的方法主要有能力谱方法和对多自由度体系或等效单自由度体系的弹塑性时程分析方法.而对于模态Pushover分析方法,需要确定结构在各振型等效侧向力作用下的目标位移,笔者基于弹塑性时程分析,采用文献[9]中的方法求解目标位移.首先选取合适的地震波,计算结构的弹塑性位移反应,得到结构控制点的水平位移向量时程.然后根据式（2）～（3）求得结构第n阶振型的目标位移：
抗震性能论文参考资料：
结论：静力非线性方法用于桥梁高墩抗震性能分析为适合抗震性能论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关仪器抗震性能指标开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
