殘余應力和初始缺陷對鋼矩框架的地震反應的影響改版

殘余應力和初始缺陷對鋼矩框架的地震反應的影響摘要：2010年美國建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)范建立了直接分析法（DM）為標準的穩(wěn)定性分析和設計過程。盡管直接分析法擁有傳統(tǒng)的穩(wěn)定性設計方法的重要優(yōu)勢，但是在美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會地震規(guī)定的直接分析法和美國建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的抗震設計要求之間的接口沒有完全建立。因為直接分析法對設計方案不包含地震荷載開發(fā)，包括初始幾何缺陷和由于殘余應力的非彈性行為的影響，探討這些參數(shù)對典型的鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震性能的影響是至關(guān)重要的。為了研究這些問題，一系列的鋼特殊抗彎框架模型經(jīng)受了單調(diào)側(cè)推，循環(huán)側(cè)推和響應的歷史分析。所觀察到的行為被用來繪制和無殘余應力和初始缺陷的系統(tǒng)之間的比較。梁與柱的連接處的循環(huán)強度退化也被認為是研究潛在的相互作用它可能也與其他的參數(shù)有關(guān)。而強度退化對循環(huán)穩(wěn)定性眾所周知的影響注意到，殘余應力和初始缺陷不會對穩(wěn)定性行為所考慮的系統(tǒng)有任何明顯的影響。在這項研究進行的分析表明使用直接分析法沒有明顯的好處，當在高地震區(qū)設計常規(guī)延性鋼系統(tǒng)，簡單的設計方法也許會同樣有效。數(shù)字對象標識符:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000512.?2012年土木工程師的美國社會。CE數(shù)據(jù)庫的主題詞：多層建筑，鋼鐵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗震設計，動力響應;剩余壓力;缺陷。作者的關(guān)鍵詞：直接分析方法;鋼矩框架;連接循環(huán)強度降低。介紹：美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會對鋼結(jié)構(gòu)建筑的規(guī)范(美國國家標準學會/美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會360-10）（美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會2010A）建立了直接分析法（DM）為標準的穩(wěn)定性分析和設計方法;與舊方法，如有效長度的方法（ELM）相比,直接分析法被認為是影響鋼結(jié)構(gòu)建筑在一個更透明的方式穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。直接占這些因素的，包括地理度量非線性，初始幾何缺陷，和由于殘余應力的非彈性行為，在彈性分析允許的有效長度因子，K，在柱強度計算被設定為等于1。從歷史上看，在有效長度的方法中這些因素對最后一欄設計的影響是通過使用大于1而體現(xiàn)的。因此，從分析中測定的需求的低估了通過還原能力被抵消。直接分析法發(fā)展成為具有更大的透明度的修改后的彈性分析程序，它通過嚴格的分布塑性分析為一系列基準結(jié)構(gòu)的預測提供了物理行為的一個很好的代表形式，（Surovek-Maleck和白色2004A，B）。然而，抗震設計并沒有明確考慮在開發(fā)或驗證過程中或在隨后的驗證研究（例如，馬丁內(nèi)斯，Garcia2002）。Surovek和Johnson（2008年）顯示，最常見的鋼框架結(jié)構(gòu)的強度要求對初始外的垂直度的影響不敏感，易受機制（即，一系列不穩(wěn)定性）的框架對初始缺陷效果相當敏感，通常在重力作用下，僅載荷情況。由于地震的不穩(wěn)定性往往是通過機制，對抗震性能外的垂直度影響的評價往往開始是必要的。雖然直接分析法可以在抗震設計應用，但在直接分析法中，鋼抗震規(guī)定，抗震設計要求，在最小設計荷載為建筑物及其他構(gòu)筑物（美國建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范/SEI7-10）之間的接口（美國建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范2010）沒有完全建立。對鋼結(jié)構(gòu)建筑物抗震規(guī)定的評注（美國國家標準學會/美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會341-10）（美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會2010年b）指出，直接分析法并非旨在“確保地震荷載作用下的穩(wěn)定性，其中大的荷載在彈性變形中被預期。”為解決目前的抗震設計要求和非地震穩(wěn)定性設計要求的接口，在抗震設計方面，探討加強直接分析法關(guān)鍵問題的影響是至關(guān)重要的，即，幾何非線性，初始幾何缺陷和非彈性行為。1結(jié)構(gòu)工程師，斯基德莫爾奧因斯和美林律師事務所，224南密歇根大道，芝加哥，IL60604。電子郵箱：kapil.mathur@2助理教授，土木與環(huán)境工程系，大學系。伊利諾伊州厄巴納-尚佩恩分校，2108紐馬克土木工程實驗室，205北馬修斯大道。，伊利諾斯厄巴納，61801（通訊作者）。電子郵件：fhnstck@3副教授，工學研究科，北海道大學，札幌，北海道161-8628，日本。電子郵件：tokazaki@eng.hokudai.ac.jp4結(jié)構(gòu)工程師，斯基德莫爾奧因斯和美林律師事務所，224南密歇根大道，芝加哥，IL60604。電子郵箱：matthew.parkolap@請注意。這個手稿已提交一年三月三十日，批準2011年9月22日，在2011年9月26日在網(wǎng)上公布。討論期間開放至2012年12月1日;單獨的討論必須提交個人論文。本文是結(jié)構(gòu)工程，成交量雜志的一部分。138，第7號，2012年7月1日。美國建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，ISSN0733-9445/2012/7-942-95125美元。在二階彈性分析的框架內(nèi)，在二階彈性分析的框架，做開發(fā)直接分析法的研究主要集中在簡化的方法來捕獲初始幾何缺陷和非彈性行為的影響。因此，在直接分析法中，初始幾何缺陷是按名義載荷為代表的，雖然初始缺陷的直接建模也是允許的，并且非彈性行為是由剛度降低表示。這兩種效應在鋼框架中可能對穩(wěn)定性能有明顯影響，不適合地震荷載，并需要進一步調(diào)查研究設計地震荷載的框架的重要性。因此，本文報道的研究探討了被設計為了地震荷載的典型鋼特殊抗彎框架的非線性行為的殘余應力和初始缺陷的影響。循環(huán)強度退化行為也納入到殘余應力和初始缺陷比較影響的相對重要性的研究中。原型建筑物和數(shù)值模型被為國資委鋼鐵計劃而設計的（聯(lián)邦緊急事務管理局2000;古普塔Krawinkler1999年）特殊的抗彎框架在目前的研究中被分析。從3-，9-，20-層建筑中抽出的框架被設計為了代表各級地震三個美國地區(qū)：波士頓，西雅圖和洛杉磯。該框架是由命名的位置和高度：波士頓（BOS-3，BOS-9，和BOS-20），西雅圖（SEA-3，SEA-9，和SEA-20），和洛杉磯（LA-3，LA-9，和LA-20）。所有的建筑都沿周邊列線有特殊抗彎框架，并且框架在目前的研究認為中是基于預北嶺設計。這些原型被選中，是因為它們相對代表現(xiàn)代的設計，但他們?nèi)狈蟊睅X修改，也許更容易出現(xiàn)地震的不穩(wěn)定。原理圖的平面圖和立面圖為原型建筑物如圖所示。1，然而，進一步的細節(jié)被忽略，因為這些建筑已被廣泛記錄在其他地方（例如，F(xiàn)EMA2000;古普塔和Krawinkler1999年）。為原型框架而建立的數(shù)值模型是在地震工程模擬的開放體系中開發(fā)的（Mazzoni等，2009），這是一個軟件包，采用幾何和材料非線性。數(shù)值模型由采用380兆帕屈服應力和應變硬化系數(shù)2％的非線性梁柱單元與構(gòu)造橫截面構(gòu)成。在已選擇的情況下，構(gòu)建元素被分配殘余應力分布根據(jù)隆博什和Ketter（1959）利用LAMARCHE和特倫布萊（2008）開發(fā)的程序。對于這些選擇的情況下，初始幾何缺陷是由在數(shù)學模型提供1/500的初始層間位移（層間位移由層高劃分）明確建模。對于高框架，最初的層偏移引入到了底層樓層，其達到的水平是被美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會鋼建筑和橋梁標準實務守則允許的最大包絡（美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會303-10）（美國鋼結(jié)構(gòu)設計協(xié)會2010C）達到的水平。初始層間位移總是放置在正方向上，這將在呈現(xiàn)后來。沒有明確地考慮面板區(qū)域的中心線模型被使用，并且一個傾斜的柱包括在每一個模型來表示重力柱。在傾斜柱被壓住在每層的頂部和底部，因此，并沒有造成抗側(cè)向力。為了使用于與所開發(fā)的直接分析法的研究一致，在無循環(huán)強度退化的連接進行模擬的主集，但是，如將在隨后討論的，模擬的一個小的子集進行評估該參數(shù)的影響。圖1示意圖平面圖和原型建筑的立面（改編自古普塔和1999年Krawinkler）模擬結(jié)果二階分布塑性分析，在兩種不同情況下進行的。進行基準分析的情況下（稱為基本）不包括殘余應力和初始缺陷，而修改后的分析情況（稱為RI）確實包括殘余應力和初始缺陷。對于每個建筑物，位置和高度，單調(diào)側(cè)推，循環(huán)側(cè)推和響應歷史的分析為了基礎(chǔ)和RI案件而被進行。從這些分析中獲得的結(jié)果進行后續(xù)討論。單調(diào)靜力彈塑性分析對每個框架進行非線性靜力彈塑性分析去評價橫向強度和穩(wěn)定性。首先，恒靜（D）和活（L）的負載被使用的組合施加D0：25L.第二，該框架被使用模擬水平地震力，在美國土木工程師學會/SEI7-10（美國土木工程師學會2010）基于等效的橫向力的過程，力分布在框架的高度上。直到出現(xiàn)不穩(wěn)定或0.1弧度的屋頂漂移（屋頂橫向位移總體框架高度的比率）達到了。表1給出了最終的規(guī)范化基底剪力（基底剪力V除以建筑總重量W）為所有框架和分析情況。LA-3是，并沒有表現(xiàn)出負剛度的唯一框架，因此，在表1中給出的數(shù)值是0.1弧度的屋頂移動。表1說明了最終基剪切強度在基礎(chǔ)，和修改分析情況下對所有框架是非常類似。修改分析案例都略低相應的基本情況并且幅度都不會超過2％。因為基礎(chǔ)和修改分析案例之間的比較是非常相似對所有框架，從兩框架中來的結(jié)果為了說明被在這里。圖2和3中描繪了標準化的基底剪力與屋頂漂移以及分別對于LA-9和BOS-9的替換型材。在圖2，可以看出，對于LA-9，基座和修改分析情況匹配非常密切，只有輕微的差異在大的移動下可以在峰后范圍內(nèi)能觀察。最根本的基礎(chǔ)剪切強度減少了約1％。位移分布表明，塑性破壞機制過于集中于一層而是被分散在多層.對于BOS-9基礎(chǔ)和修改分析情況之間的區(qū)別是稍微更加明顯，如圖3所示，該行為是類似之前先屈服，但是，那么修改分析情況變得更弱，最終基抗剪強度降低了大約2％。在波峰范圍內(nèi)，替換型材內(nèi)更多的偏差被觀察到，因為不穩(wěn)定是由于軟層的形成而觸發(fā)。因此，殘余應力和初始缺陷可以在瀕臨崩塌的大偏移的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定行為時起到作用，當軟層響應控制行為。圖1最終歸基底剪力（V/W）的單調(diào)靜力彈塑性分析圖2（a）規(guī)范化基礎(chǔ)：LA-9的單調(diào)靜力彈塑性響應剪力與屋頂偏移;（b）位移分布循環(huán)彈塑性分析因為支持直接分析法發(fā)展的研究只考慮單調(diào)反應，它是一個重要的擴展，研究初始缺陷和殘余應力對循環(huán)行為的影響。因此，循環(huán)彈塑性分析是針對前面所述的全部九個原型框架進行。正如單調(diào)彈塑性分析，通過D0定義常數(shù)重力荷載：25L是首次應用。隨后，比例水平地震荷載通過采用循環(huán)移位控制而被運用，以使屋頂在美國國家標準學會/美國鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范341-10（美國鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范2010年b）中為梁與柱的連接瞬間資格測試中達到偏移0.03弧。表2總結(jié)了循環(huán)彈塑性分析下所有框架倒塌的行為，表明倒塌的框架，并且對于那些情況，倒塌發(fā)生時偏移的幅度和周期數(shù)（1或2）。該基地和修改分析案例情況下不單獨列，因為框架坍塌相同的整體范圍內(nèi)發(fā)生。雖然倒塌確實發(fā)生在相同的總體范圍內(nèi)，但有在底座和而隨后討論的修改分析案例之間更加本地化的差異。圖4-6選擇循環(huán)彈塑性分析的圖表的結(jié)果說明觀察到的行為的范圍。圖4通過繪制歸一化基底剪力和屋頂偏移之間的關(guān)系為BOS-3比較全局循環(huán)反應。它可以看出，BOS-3的基礎(chǔ)和修改分析案例的循環(huán)反應非常緊密匹配到0,03弧度的屋頂偏移周期。其他三層框架（SEA-3和LA-3）表現(xiàn)出的行為和BOS-3非常相似。圖3BOS-9的單調(diào)靜力彈塑性響應：（一）規(guī)范化基地剪力與屋頂偏移;（二）位移分布表2循環(huán)側(cè)推分析摘要圖4BOS-3的循環(huán)靜力彈塑性響應：歸一化基底剪力與屋頂偏移圖5BOS-9的循環(huán)靜力彈塑性響應：（a）規(guī)范化基底剪力與屋頂偏移;（b）位移分布圖6LA-20的循環(huán)靜力彈塑性響應：（a）規(guī)范化基底剪力與屋頂偏移;（b）位移分布還為BOS-9在基礎(chǔ)和修改分析案例之間緊密吻合而被得到，如圖所示圖5（a），直至在0:02弧度屋頂偏移內(nèi)軟層的行為開發(fā)。圖5（b）顯示出了在循環(huán)反應內(nèi)的四個不同的階段對于BOS-9的置換型材。如圖中箭頭所示。圖5（a），階段1和3分別在為0.02弧度屋頂偏移的第一和第二正峰端。階段2和4分別在為0.02弧度屋頂偏移的第一和第二負峰結(jié)束時。圖5（b）表示BOS-9的不穩(wěn)定性通過柔軟的第一層的形成被觸發(fā)。在第1階段，基座的替換型材和修改分析情況幾乎相同;但是在第2階段，低于一半的修改分析案例在負方向由于一個小幅度位移沒有被替換;因此，當在第3階段時負載逆轉(zhuǎn)為正方向，在修改分析案例的情況下較早形成的柔軟層。當?shù)诫A段4時，就即將倒塌。值得注意的是，兩個反應幾乎相同直至在第2階段的軟化行為。在這個意義上SEA-9和LA-9的行為類似于BOS-3，地基和修改分析案例幾乎相同，并且因軟層的形成的不穩(wěn)定沒有觀察到。LA-20在0，03分弧度屋頂偏移周期內(nèi)經(jīng)歷了嚴重的強度退化和倒塌，如圖6所示，這表明標準化基底剪力與屋頂偏移反應，并在關(guān)鍵階段的置換型材。圖6（a）所示，在第一個正峰到0.03弧度屋頂偏移之間，顯著的強度發(fā)生退化。在0.03弧度屋頂偏移時，強度為80％的峰強度并且基部和修改分析情況之間非常相似。在第一個負峰值到0.03弧度屋頂偏移，它被標記為階段1中所示圖6，底座和修改分析情況之間在結(jié)構(gòu)的下半部和稍高的強度下通過修改案例情況呈現(xiàn)輕微的負位移一個小的偏差被觀察到，雖然強度退化為這兩種情況下被再次觀察到。在第二次正偏移至0.03弧度屋頂偏移，這是標為第2階段所示圖6，層偏移對于底部五層是相當均勻的，然而，剩下的15層有個小的層偏移。偏移的集中在基礎(chǔ)和修改分析情況都被看見，雖然在修改分析情況下更加明顯。當負載在第二偏移朝向負0.03弧度屋頂偏移反轉(zhuǎn)后，底座和修改分析情況例之間的差異變得更加明顯如強度退化對修改分析情況情況更加嚴重。當負載是朝著積極的偏移逆轉(zhuǎn)，發(fā)生不穩(wěn)定的原因是在較低的10層的極端層偏移。如圖6（a）示出，對于基地和修改分析情況下都出現(xiàn)不穩(wěn)定性。然而，在修改分析情況中略微更早階段開始出現(xiàn)不穩(wěn)定。SEA-20表現(xiàn)出的行為與LA-20和BOS-20非常相似，，并沒有表現(xiàn)出任何強度退化或不穩(wěn)定。這些分析表明，殘余應力和初始缺陷可以對循環(huán)反應有影響，即使經(jīng)過無數(shù)次的非彈性周期，似乎可以抵消其影響。擁有殘余應力和初始缺陷部分模型比那些沒有收到影響的模型更早經(jīng)歷不穩(wěn)定，雖然兩個分析案例都檢測到了由軟層的形成和窄幅區(qū)間內(nèi)的不穩(wěn)定引發(fā)的不穩(wěn)定?？磥?，殘余應力和初始缺陷對循環(huán)穩(wěn)定性能的影響只有在峰值橫向強度已經(jīng)達到后是顯著的，并且整體的二階效應變得顯著當層偏移集中在幾個關(guān)鍵的樓層時。這個問題隨后更進行了詳細地討論，其中，包括連接循環(huán)強度退化的分析結(jié)果。時程分析非線性時程分析通過使用基地和先前描述的修改分析情況原型框架模型而進行。瑞利衰減是與在所述第一和第三模式中的2％阻尼實現(xiàn)。對于三個位置的地面強震記錄的組裝成一部分國資委鋼鐵項目（薩默維爾等al.1997）的代表組被使用。這些組包括基于硬土壤條件的475年重現(xiàn)期（超出50年的10％的概率），以及2475年（超標50年2％的概率，以下稱為五十零分之二，這里所指的后2/50）的天然和合成記錄組成的。每套包括20強震記錄。每一個記錄的符號被選為提高封裝的修改分析情況情況下的偏移反應。當受到2/50條記錄，表3總結(jié)了對于基地和修改分析情況，洛杉磯和西雅圖框架的平均反應。還提供了從基底到修改分析情況的百分比變化。（波士頓框架不被報道，因為它們的反應是幾乎完全的彈性和基座和修改分析情況例之間的差別幾乎不明顯。）從廣義上講，殘余應力和初始缺陷的影響是很小的?；睾托薷姆治銮闆r之間的最大百分比變化為屋頂和層間位移角分別為大約2.5和4.5％。更大的百分比變化被視為殘留層間位移，高達25％。但是，在絕對術(shù)語上說修改分析情況的行為和相應的基本情況沒有明顯的不同。圖7顯示的是2/50個記錄中的一個最強烈的反應，它示出了基地和修改分析情況之間發(fā)生的差異。對于SEA-3在2/50個記錄svlivina.n45下，屋頂偏移與時間被顯示，最初，對于小的偏移，對于基地和修改分析情況的反應是幾乎相同的。然而，對于該記錄的最強部分，與基礎(chǔ)案例相比所述修改分析情況持續(xù)較大非彈性反應。其結(jié)果是，最大層間位移是大于5％對于修改分析情況與基礎(chǔ)案例相比來說。然而，如表3所示，對于基礎(chǔ)和SEA-3的修改分析情況間的平均層偏移的百分比的變化小于3％，這比以前提出的特定情況下小得多。從表3中，類似的觀察結(jié)果可以用于其它框架，其中在基礎(chǔ)和修改分析情況中只存在很小的差異。表3最大偏移量的時程分析使用五十零分之二記錄圖7對于slivna.n45記錄SEA-3的屋頂偏移響應歷史本節(jié)所介紹的反應歷史結(jié)果表明，在動態(tài)負載下殘余應力和穩(wěn)定性初始缺陷的影響可能沒有在直接分析法的發(fā)展中使用的被展示的情況一樣重要。然而，對于那些有大的偏移需求的和大的非彈性偏移的案例來說，差異在某些情況可能存在。由于這些差異發(fā)生在比設計規(guī)范考慮更大的偏移處，殘余應力和初始缺陷的包含可能對于檢測整體穩(wěn)定行為不是至關(guān)重要的了。連接循環(huán)強度衰減效應它已經(jīng)表明，殘余應力和初始缺陷對行為的影響相對較小，當在連接處的循環(huán)強度退化不被考慮。然而，利用納入這些退化效果的數(shù)值模式更詳細的分析這些數(shù)據(jù)是很重要的。鋼梁與柱的連接矩的試驗已經(jīng)證明，由局部屈曲造成的強度和剛度退化作為環(huán)狀需求增加已經(jīng)發(fā)展為檢測這些行為特征的重要方面（如：伊瓦拉等人，2005）。因為循環(huán)荷載作用下連接剛度退化對特殊抗彎框架的整體行為影響小和連接的強度下降有很大的影響（聯(lián)邦緊急事務管理局2000），只有強度退化在本研究被考慮。在OpenSees中鋼鐵02單軸材料模型（崇義等al.2009）被用來模擬由于非彈性循環(huán)加載在連接的強度損失，通過指定負向強化參數(shù)到在原型框架中的非線性梁柱單元構(gòu)造段的兩端。負向強化校準以符合延性焊接無鋼筋焊接凸緣矩連接（Ricles等，2000）滿量程循環(huán)試驗實驗結(jié)果。圖8示出了被校準以符合實驗行為為W36×150梁連接到W14×311柱（Ricles等人，2000）的強軸數(shù)值矩旋轉(zhuǎn)模型。該模型再現(xiàn)了在無彈性周期后在實驗中被觀察到的20％的強度退化。雖然數(shù)值模型實現(xiàn)了較低的峰值強度并且它早于實際連接行為退化，但是這些近似對于目前的研究被認為是合理的。結(jié)果被用來制造具有和不具有連接循環(huán)退化行為之間的相對比較，并且，特別是，評估退化連同殘余應力和初始缺陷的組合的效果。從組以前提出的選擇的分析是評估考慮退化。圖8模擬連接彎矩-轉(zhuǎn)角響應圖9BOS-9的循環(huán)靜力彈塑性響應：標準化的基底剪力與屋頂偏移循環(huán)推覆分析圖9通過比較沒有退化（稱為基），和有退化（稱為基-D）的基本情況示出連接強度退化對BOS-9的循環(huán)反應的影響。如前面（圖5）所示，不穩(wěn)定性在BOS-9中被觀察，由于幾個關(guān)鍵樓層的偏移集中轉(zhuǎn)向框架的底部，即使當連接循環(huán)強度退化沒有被建模。因此，當連接循環(huán)強度退化在數(shù)值模型中被結(jié)合，故障發(fā)生在分析過程中一個略早的階段。圖9還示出了修改分析情況下與退化的反應（稱為RID）?？梢钥闯?，有無殘余應力和初始缺陷的反應幾乎是一樣的，因此，這些影響不會加劇在連接強度的退化的影響。對與LA-20循環(huán)反應表明了連接強度退化可能對整體穩(wěn)定的行為的大的影響。因為沒有退化的情況下維持在0.03弧度屋頂偏移周期，而與退化的情況下無法維持周期超過0.02弧度屋頂偏移。然而，修改分析法和有沉降的修改分析法的情況下幾乎是一樣的。對于所有其他框架的循環(huán)側(cè)推反應顯示了同樣的結(jié)果：在某些情況下連接循環(huán)強度退化可能會導致倒塌。然而，殘余應力和初始缺陷的影響，當連接循環(huán)強度退化被建模時就幾乎難以察覺。時程分析這一部分的研究計算殘余應力，初始缺陷，并在地震載荷下特殊抗彎框架連接循環(huán)強度退化的組合效應。對于這個比較，三個最大的2∕50反應歷程為每個框架而被選擇，基于完整的連接循環(huán)強度衰減沒被考慮的分析套件。表4為洛杉磯和西雅圖框架從有和沒有沉降的情況中總結(jié)了結(jié)果。如前面所指出的，波士頓框架為簡潔起見省略，因為即使在50分之2記錄他們的反應基本上是彈性的。對于該評價，框架被認為是不穩(wěn)定的，當由于是沒有約束的屋頂偏移的增加或整體屋頂偏移超過0.1弧度而導致的模型失敗。這個屋頂偏移極限是0.1弧度，雖然武斷，但已普遍被用在特殊抗彎框架的研究來表明倒塌（聯(lián)邦緊急事務管理局2000）。表4對于響應歷史分析在有和無連接循環(huán)強度降解的最大偏移量的比較圖10（a）屋頂：SEA-3為scmpetr.n45記錄響應歷偏移與時間的關(guān)系;（b）規(guī)范化基底剪力與第一層間位移圖11SEA-3的屋頂偏移響應歷史的sseolym.n45記錄圖10和11于表4.的概括分析說明兩個案件。圖10（a）展示了通過繪制屋頂偏移反應歷程為三個分析案例為SEA-3殘余應力和初始缺陷與下降相比較下的影響：基礎(chǔ)，有沉降的基礎(chǔ)，和有沉降的修改分析法。對于2∕50記錄，有沉降的基礎(chǔ)經(jīng)歷了比基本情況大13％的最大屋頂偏移。此外，當循環(huán)強度下降被考慮時，殘留的偏移則明顯增加。這證實了環(huán)狀強度退化顯著影響動態(tài)行為。與此相反，有沉降的地基和有沉降的修改分析法之間的差異很小。圖10（b），其中畫出了第一層剪力與偏移的圖表明有沉降的基礎(chǔ)，和有沉降的修改分析法幾乎相同，直到一個大脈沖在正方向上略微進一步無彈性推壓有沉降的修改分析法，導致隨后在反應上的偏移。但是，與由沉降造成的反應的變化相比，這種差別是很小的。圖11表示出在SEA-3情況下屋頂偏差時間歷史記錄，當受到五十〇分之二記錄sseolym.n45。可以看出，有沉降的基礎(chǔ)和有沉降的修改分析法都經(jīng)受了整體的不穩(wěn)定性。表4所示，即使沒有下沉，SEA-3表現(xiàn)出屋頂偏移超過0.08弧度較大，當受到sseolym.n45記錄，并且，因此屋頂偏移被估計將顯著較大，當強度衰減成立時。類似地，對于svlvina.n45記錄，對于有沉降的基礎(chǔ)和有沉降的修改分析法SEA-3有屋頂偏移超過0.1弧度并且被判斷為倒塌。其他三層框架和大部分九層框架的行為表現(xiàn)出和前面討論過的案件非常類似，其中有沉降的基礎(chǔ)和有沉降的修改分析法之間的差異很輕微。在少數(shù)情況下，例如，LA-9遭受tolpvst06.p45和lepst10.。對于有沉降的修改分析法，偏移才小于有沉降的基礎(chǔ)。當有沉降的修改分析法進一步無彈性向一個方向推動，并且落后于有沉降的基礎(chǔ)時，當負載逆轉(zhuǎn)并且最大偏移達到了創(chuàng)紀錄時，這種特性就發(fā)生。當發(fā)生沉降，LA-20對于所選的三種記載被視為已倒塌。SEA-20表現(xiàn)出類似于以前的SEA-3中討論的特性。類似于前面所討論的情況下，已存在的沉降沒有放大殘余應力和初始缺陷的影響。如由本部分討論的結(jié)果，顯而易見的是，即使是最壞情況下的框架特性被考慮，殘余應力和初始缺陷的影響并沒有被證明是在選定鋼矩框架的地震穩(wěn)定性的一個重要因素。即使對于框架顯示不穩(wěn)定的特性，殘余應力和初始缺陷只是稍微加速崩潰的過程。然而，沒有情況被發(fā)現(xiàn)，其中無殘余應力和初始缺陷的情況下是穩(wěn)定的，并且有這些影響的情況下是不穩(wěn)定的。很顯然，循環(huán)強度下降比殘余應力和初始缺陷對鋼矩框架抗震穩(wěn)定性特性有更大的影響。設計的啟示為了更切實際的連接這項研究的分析結(jié)果和設計過程，在LA-9對所選定的構(gòu)件樣品的軸向彎曲（PM）的交互檢查進行。美國土木工程師學會/SEI7-10（美國土木工程師學會2010）1·2Dt0·5Lt1·0E的荷載組合被用作這個目的。非常重要的需要注意的是，這個框架最初是通過由Gupta和Krawinkler（1999）描述的1994年統(tǒng)一建筑規(guī)范的規(guī)定而設立的。因此，地震荷載被計算，于是考慮到容許應力設計和美國建筑鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范方法之間的差異，以確保作為代表的美國建筑鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范負載被用于交互檢查。表5列了在LA-9框架中對于第一層柱的相互作用值，通過在SAP2000(CSI2009)中的三個不同的分析得到，因為因為這是在設計辦公室用典型的軟件包。注意，矩架橫梁是固定在A柱，因為該柱是一個SMRF在正交方向上的一部分。因此，對于被考慮的框架，相互作用值很低。這三個分析案例如下：1一階彈性分析，沒有剛性減少和K12對ELM，其中K1是因為二階偏移與一階偏移之比為小于1.1。因此，這種分析是有效的第二階彈性分析與K1.3在直接分析法包括二階彈性分析與剛度降低。然而，沒有必要在除了橫向地震載荷的名義載荷，因為二階偏移與一階偏移的比小于1.7（如Al-辦法是為DM，K1）表5在LA-9框架中對第一層柱子的設計軸向彎曲相互作用值因此，案例1和2的對比說明了二階效應的影響（一階與二階分析）和情況2和3的比較說明了缺乏彈性和殘余應力的影響（沒有剛度降低與剛度降低）。在表5中示出的交互值表示二階效應的影響和剛度降低對這些部件的設計并無太大影響。二階效應比剛度降低對相互作用值有稍大的影響，但是，這種區(qū)別是沒有重要的實際意義，因為這兩個參數(shù)的總的影響是微不足道的。這一發(fā)現(xiàn)與先前提出的非線性分析結(jié)果相一致，病支持廣泛的結(jié)論，認為似乎沒有必要使用直接分析法設計所選擇的鋼矩框架。圖.12凸顯了直接分析法抓住關(guān)鍵的穩(wěn)定性相關(guān)的特性和直接分析法不提供收益方案之間的差異。圖12描述了最初被LeMessurier（1977）提出的一個托架，一層框架的三種分析，如例3，具有和因素設計荷載非常接近的強度極限。設計荷載的分數(shù)繪制了以前由白等人提出了相同的三個分析的情況的層間位移。在直接分析法的擴展版本中，稱為DM-EP，因為它使用彈性-塑性鉸的框架元素，使用有殘余應力和初始缺陷分布式塑性分析合理捕捉獲得的極限強度，而有效長度方法在設計荷載水平上低估偏移并且不捕獲峰后的特性。與此相反，圖12（b）顯示出LA-9從有可塑性分析與殘余應力和初始缺陷的分布式的第一層的反應。法規(guī)規(guī)定的設計這個框架的基底剪力由于嚴格的偏移限制和顯著的在高地震區(qū)對于特殊抗彎框架來說是典型的過大強度比極限強度小得多。設計力水平上，從各種分析方法產(chǎn)生的受力和變形的要求細微變化與框架的實際特性在極限強度水平?jīng)]有多大關(guān)系。雖然直接分析法提供了通過非地震因素，如LeMessurier例3框架（LeMessurier1977）控制設計的一個好的實際特性的近似值，對于抗震設計在使用直接分析法似乎是沒有額外的好處。更進一步，在韌性鋼抗震系統(tǒng)（如特殊抗彎框架），一個簡單的有K1的對柱強度計算的一階彈性分析是足夠的設計目的，因為這種分析類型產(chǎn)生的需求是非常類似于那些使用直接分析法的。特殊抗彎框架的比例主要是由地震偏移限制約束，因此，因為他們的大量過大強度，二階效應和剛度減少在設計力水平下有個不重要的影響。這些系統(tǒng)依賴于顯著的延展性，以達到良好的抗震性能，并花費額外的努力稍微修改設計層次的需求，如通過直接分析法，似乎沒有道理。圖12在直接分析法的對比應用：（a）考慮非地震因素的設計;延性地震（b）典型行為抗系統(tǒng)（LA-9）總結(jié)和結(jié)論本文評估了使用美國最新鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范直接分析法抗震鋼結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)性。為了這個目的，3-，9-和20層的鋼特殊抗彎框架在三個不同的地震區(qū)域進行了研究。對所有9個框架，四個模型，通過包括或不包括（1）殘余應力和初始缺陷和（2）環(huán)狀強度衰減在梁與柱連接被考慮。每個模型進行單調(diào)靜力彈塑性分析，循環(huán)推覆分析，以及一系列的時程分析。所有分析組合了材料和幾何非線性。本研究的主要是一下發(fā)現(xiàn)：?在非線性靜態(tài)或動態(tài)反應下在包括殘余應力和初始缺陷和那些沒有這些影響的框架模型之間無顯著差異。?在不穩(wěn)定被觀察到的情況下，它發(fā)生在具有和不具有殘余應力和初始缺陷和殘余應力兩個模型內(nèi)，并且殘余應力和初始缺陷的唯一效果就是導致不穩(wěn)定稍早發(fā)生。?當嚴重的循環(huán)強度退化被明確納入到梁與柱連接的框架模型內(nèi)，沒有案例，其中在帶有殘余應力和初始缺陷的模型內(nèi)不穩(wěn)定發(fā)生，而沒有殘余應力和初始缺陷的模型顯示了穩(wěn)定響應。這表明，殘余應力和初始缺陷的影響不會加劇種循環(huán)強度退化對抗震穩(wěn)定性的影響。?連接的循環(huán)強度退化比殘余應力和初始缺陷對鋼矩框架的抗震穩(wěn)定性能有較大的影響。?該軸向彎曲在設計層面的力的交互檢查顯示基于沒有降低剛度的一階彈性分析和有剛度折減的二階彈性分析的計算幾乎沒有變化。雖然在本研究中考慮的理想化原型建筑物代表許多實際的建筑物，也應注意的是，這項研究并沒有考慮可能會影響穩(wěn)定性特想的一些變化，例如，這項研究只考慮在相對嚴格的漂移限值下的常規(guī)對稱系統(tǒng)和所有的分析都是二維的。進一步考慮到更廣泛的參數(shù)的研究，包括在三個維度內(nèi)，并有輕松的偏移限制和較高的重力荷載的低層系統(tǒng)進行分析的非對稱系統(tǒng)，將是值得的。在這項研究中考慮的參數(shù)空間內(nèi)，分析結(jié)果表明，沒有任何好處使用在美國最新鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（2010年a）中規(guī)定的直接分析法，當設計常規(guī)延性抗震鋼系統(tǒng)（如SMRFs）。對于這樣的系統(tǒng)，當計算柱強度時，進行簡單的沒有剛度降低的一階彈性分析和使用有效長度因子等于1乎是足夠。致謝本文所描述得內(nèi)容是作為題為“界面直接分析方法和抗震設計要求”ASCE/SEI特殊項目的一部分。這個項目在設計方法技術(shù)委員會下進行，并且作者感謝在整個研究過程中委員會成員的幫助。特別是，唐納德W.教授的意見。白佐治亞理工學院，過去該委員會的主席，深表感謝。本文所述的計算模擬是部分通過TeraGrid的高級支持程序進行的。所有意見，發(fā)現(xiàn)和結(jié)論是那些作家的。參考文獻AISC。（2010A）?！耙?guī)范鋼結(jié)構(gòu)建筑?！盇NSI/AISC360-10，芝加哥。AISC。（2010年b）?！耙?guī)定抗震鋼結(jié)構(gòu)建筑?！盇NSI/AISC341-10，芝加哥AISC。（2010年c）?！皹藴首龇ǖ匿摻Y(jié)構(gòu)建筑，橋梁守則”。AISC303-10，芝加哥。ASCE。（2010年）?！白畹驮O計荷載為建筑物和其他結(jié)構(gòu)?！盇SCE/SEI7-10，弗吉尼亞州雷斯頓。電腦與結(jié)構(gòu)，公司（CSI）。（2009年）。基本分析參考手冊，CSI，伯克利，加州。聯(lián)邦緊急事務管理局。（2000年），“受地震地面震動的抵抗鋼矩框架的國家報告”眾議員FEMA355C，聯(lián)邦緊急事務管理局，華盛頓特區(qū)Galambos,T.V.,andK