基于能量设计法的等效单自由度体系确定

摘要

结构抗震设计的能量分析方法能有效地反映主要由地震持续时间引起的累积损伤破坏。能量的传递、转化与吸收是结构地震反应的基本特征。基于能量概念的分析和设计方法概念明确、形式简单，又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性，特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响。因此，结构地震反应能量分析方法日益受到国际地震工程研究界的重视，正在向着实用化的设计方法方向发展。 近年来，国内外研究者对结构抗震设计的能量分析方法进行了大量研究，并取得了初步成果，但仍然存在一些关键技术难题亟待解决和进一步完善。为此，本文针对结构抗震设计的能量分析方法尚存在的缺陷进行了如下研究工作并得出一些初步结论： ①对结构进行能量反应分析时，宜在选择地震动输入时考虑地震动三要素的综合影响。本文提出的基于结构滞回耗能的选波方法是在双指标选波基础上，增加能量持时控制指标。即：针对结构首先依据双指标选波方案选取输入地震动，然后再根据震动平稳段持时变化范围选出对应持时段的地震动。该法不仅继承了双指标选波方法所选地震动输入对于结构位移及内力具有统计意义的优点，而且所得结构滞回耗能离散性也相对较小。 ②在以基于滞回耗能的选波作为输入的前提下，结构的滞回耗能在总输入能中所占比重不会随着地震动输入的不同而产生较大波动，滞回耗能沿着结构层间的分布随着输入地震动的变化基本保持不变。 ③基于滞回耗能等效的弹塑性单自由度体系的研究是基于能量的抗震设计方法走向实用化的一个关键环节。本文通过对两种途径——基于振型分解反应谱法和基于Pushover曲线折线化法分别求解多自由度结构的等效结构，再将所得等效单自由度体系滞回耗能与原结构进行对比分析，得到以相对面积误差最小为目标函数的Pu~over曲线折线化法是相对较优的一种基于滞回耗能的等效方法这一结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2基于性能的抗震设计理念

1.2.1基于结构性能抗震设计理论的提出

1.2.2基于性能的结构抗震设计方法

1.3基于能量的抗震设计方法

1.3.1能量设计法的发展

1.3.2能量设计法的特点

1.3.3能量设计法过程

1.4能量设计法走向实际应用存在的问题

1.4.1基于能量的地震动输入选择

1.4.2基于滞回耗能的等效单自由度体系确定

1.4.3地震作用下结构的破坏准则

1.4.4结构调整方法的问题

1.5本论文研究的内容

2多自由度结构的滞回耗能计算原理

2.1引言

2.2多自由度结构滞回耗能计算原理

2.2.1多自由度结构能量反应方程及求解

2.2.2结构的力学分析模型

2.2.3针对杆系模型的单元模型

2.2.4构件的恢复力模型

2.2.5质量矩阵和阻尼矩阵

2.3多自由度结构能量反应分析步骤

2.4计算程序及其分析方法

2.4.1计算程序

2.4.2钢筋混凝土框架结构的动力分析模型

2.5能量简化分析需要解决的关键问题

2.5.1基于滞回耗能的选波

2.5.2等效弹塑性单自由度体系的确定

3基于结构滞回耗能的地震动输入选择

3.1引言

3.2影响结构滞回耗能的地震动主要参数

3.2.1算例结构

3.2.2地震动幅值对结构滞回耗能的影响

3.2.3地震动频谱特性对结构滞回耗能的影响

3.2.4地震动持时对结构滞回耗能的影响

3.3基于能量概念的选波方案研究

3.3.1基于双指标选波的结构滞回耗能统计

3.3.2地面运动能量对结构滞回耗能影响

3.3.3增加地震动持时指标后结构滞回耗能统计

3.4基于滞回耗能选波前提下结构滞回耗能统计

3.4.1结构能量时程分析实例

3.4.2结构的滞回耗能在总能量中的分配

3.4.3结构滞回耗能的层间分配

3.5 小结

4多自由度体系与单自由度体系基于滞回耗能的等效

4.1引言

4.2等效单自由度体系的能量等效原理

4.2.1等效单自由度体系

4.2.2能量关系分析

4.2.3等效单自由度体系屈服特性确定

4.3基于振型分解反应谱法的单自由度体系确定方法

4.3.1求解原理

4.3.2算例分析

4.4基于Pushover的单自由度体系确定方法

4.4.1 Pushover确定原理

4.4.2算例分析

4.5振型分解反应谱法与Pushover曲线折线化法的对比

4.6 小结

5算例验证与结语

5.1算例验证

5.1.1算例设计

5.1.2等效单自由度体系求解

5.1.3多自由度与单自由度体系滞回耗能对比

5.2结语

5.2.1本文所取得的主要成果

5.2.2需要进一步研究的工作

致 谢

参考文献

附 录