钢框架结构地震失效模式与整体抗震能力分析

摘要

结构的失效过程及整体抗震能力的研究是基于性能的地震工程的重要组成部分。结构的失效模式可以反映结构的失效过程,并且可以为改善结构抗震性能提供针对性方法,使结构在不同强度的地震下满足相应的性能目标,并尽可能最大化减少生命财产损失。研究结构的失效模式具有重要意义,本文将以钢框架结构为对象,以结构的失效模式为主体,利用OpenSees平台对结构抗震性能的评估方法,结构失效过程的分析及失效模式的识别,结构整体抗震性能的改善做了相关的研究与分析。本文的研究内容具体如下:
　　(1)发展了基于中国抗震规范谱的耐震时程方法,地震动强度随着持时增加而不断增加,是一种“动力Pushover”方法。合成了3条耐震时程曲线,并以此作为输入,对钢框架结构的抗震性能进行了评估。与IDA分析和Pushover分析在总体上保持一致;耐震时程法还可以有效的预测结构在大震作用下的塑性铰分布、出现顺序及损伤发展程度。结果表明耐震时程法是一种快速分析与评估结构抗震性能的有效新方法。
　　(2)引入了分析模型更新法,认为杆件转角达到极限即发生弯曲失效,在分析过程中将弯曲约束去除,以实现构件逐步退出工作的过程。在OpenSees平台使用概念判断法以及几何约束分析法判断结构在动力分析中是否形成机构。以此作为失效准则在多条天然地震动下对结构的失效模式及基于倒塌储备系数的整体抗震能力进行了统计与分析,研究了结构失效发展的规律,为改善抗震性能提供了依据。
　　(3)运用优化准则法并基于“均匀损伤”的思想,在OpenSees平台利用后处理手段实现了结构动力非线性分析的自动优化过程。对人工地震动和天然地震动大震作用下的结构进行优化并验证优化效果。使用耐震时程法并基于极限位移角准则和机构准则对结构的地震极限状态进行了优化并验证了其优化效果。结果表明使用此方法可以较好的提高结构的整体抗震性能。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 结构抗震分析方法研究现状

1.3 结构地震失效模式研究现状

1.4 结构地震失效模式优化问题研究现状

1.5 主要研究内容

第2章 耐震时程法及其在钢框架结构中的应用

2.1 概述

2.2 耐震时程法的提出及介绍

2.3 基于我国抗震规范反应谱的耐震时程曲线

2.4 钢框架结构地震响应的耐震时程法

2.5 钢框架结构耐震时程分析的响应有效性验证

2.6 本章小结

第3章 钢框架结构地震失效模式及整体抗震能力分析

3.1 概述

3.2 考虑构件退出的分析模型更新法

3.3 框架结构的构件层次失效准则

3.4 框架结构的结构层次失效准则

3.5 结构失效模式分析

3.6 基于倒塌储备系数的整体抗震能力分析

3.7 本章小结

第4章 钢框架结构抗震性能优化

4.1 概述

4.2优化方法选择

4.3 基于大震作用的均匀损伤优化

4.4 基于最大层间位移角限值的极限抗震能力优化

4.5 基于机构准则的极限抗震能力优化

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢