基于能量模态混合加载与目标位移修正的二维钢框架推覆分析新方法

本文提出了一种改进的非线性静力推覆分析方法，通过结合能量一致的荷载建模（EMM加权）和模态目标位移修正（N2法改进），建立了兼顾高阶模态效应和计算稳定性的评估框架。该方法采用基于有效模态质量加权的混合荷载模式，并通过模态相互作用系数qratio对目标位移进行谱修正，在保证计算效率的同时显著提升了层间位移角（IDR）的预测精度，为钢框架抗震性能评估提供了新工具。

　　

Section snippets

Target displacement

目标位移代表从弹性反应谱推导出的地震需求，表现为等效单自由度体系（SDOF）的位移。准确估计该位移对非线性静力分析（NLSA）结果的可靠性至关重要。在现有方法中，欧洲规范8推荐采用N2法，该方法将推覆分析与基于反应谱的需求估计相结合。

N2法使用两种...

Seismic records

本研究选用了七条地震动记录进行非线性时程分析（NLTHA）：埃尔森特罗、霍利斯特、帝王谷、神户、兰德斯、洛马普列塔和北岭地震记录。这些记录被缩放至与本研究采用的目标弹性反应谱相匹配，确保谱加速度的兼容性。

目标谱对应欧洲规范8（第3部分）中1类地震区和B类场地的弹性反应谱，阻尼比为5%。八条峰值地面...

Modeling

结构钢材的塑性行为采用带有组合线性随动硬化和各向同性硬化的单轴双线性应力-应变关系模拟，并通过基于纤维的分布塑性模型捕捉非线性响应。每个构件采用单个基于力的单元，梁柱单元的截面应力-应变状态通过积分...

Lateral load vector

传统的非线性静力方法常采用与第一振型成正比的侧向荷载分布，假设结构响应由该振型主导。此假设对对称的中低层建筑有效，但在高阶模态贡献显著的高层或不规则结构中则显失精准。

为克服此局限，本方法引入单一的固定模式侧向荷载向量...

Spectral correction of N2-based estimates via mode-interaction ratio

为纳入多自由度体系（MDOF）中高阶振型的影响，针对每个地震动强度水平j引入无量纲谱指标q_ratio^(j)，用于量化第2阶至n阶模态相对于基本模态的累积贡献：

q_ratio^(j) = [∑_i=2ⁿ EMM_i · S_d,i^(j)] / [EMM₁ · S_d,1^(j)]

其中，EMM_i表示第i阶模态的有效模态质量比，S_d,i^(j)为强度水平j下第i阶模态周期对应的弹性谱位移。

Seismic response results and methodological discussion

每个结构模型均进行了三类分析：

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  特征值分析，用于提取模态周期、振型和有效模态质量参与系数；
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  非线性时程分析（NLTHA），采用七条谱兼容地震动并缩放至多个强度水平，以获取峰值顶点位移和层间位移包络；
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  非线性静力分析（NLSA），采用所提出的混合侧向荷载向量，生成能力曲线、双线性理想化（SDOF）...

Contextualization within simplified approaches

为将所提方法置于当前技术水平中，本文与Montuori等人提出的简化性能评估方法进行了对比分析。两种方法均致力于提升非线性静力分析（NLSA）在钢框架抗震评估中的适用性，但在建模理念、谱保真度和计算策略上存在显著差异。

Montuori等人采用三线性近似...

Conclusions

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  提出了一种用于二维钢框架抗震性能评估的改进推覆分析方法。该方法采用基于有效模态质量加权的振型符号组合构建固定侧向荷载向量，在保持与标准非线性静力分析兼容的同时捕捉了高阶模态贡献。
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  为改进层间位移估计——特别是在底层存在基底剪力集中和模态...