钢框架结构基于位移的抗震性能设计研究

摘要

本文着重研究能力-需求图方法和直接基于位移的抗震设计方法.结构的非线性分析是基于位移的抗震设计方法的基础,所以本文首先介绍结构的非线性分析方法,并对两个钢框架例题进行对比分析.能力-需求图方法可以用来估算在强地震作用下结构的非线性变形行为状态,可进行满足不同水平目标位移需求的结构抗震设计,近年来又提出了改进的能力-需求图方法,引入了强度折减系数,建立了弹塑性需求图,使原有的方法有了很大的改善.本文应用Matlab程序,在钢框架结构上实现了这两种方法,并对这两种方法进行了对比.震害、试验和理论分析均表明:变形能力不足和耗能能力不足是结构在大震下倒塌的主要原因,由此提出了直接基于位移的抗震设计方法.近年来该方法越来越多地应用到实际结构中,但是多数应用在钢筋混凝土结构中.本文将传统的直接基于位移的抗震设计方法应用到钢框架结构中,并和近年来提出的非迭代设计方法进行了对比分析.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景

1.1.3研究的目的和意义

1.2钢框架结构非线性分析研究综述

1.2.1一阶弹塑性分析方法

1.2.2二阶弹塑性分析方法

1.3基于位移的抗震性能设计研究综述

1.3.1基于位移的抗震设计方法的提出

1.3.2基于位移的抗震设计方法在各国的应用

1.3.3基于位移的抗震设计的方法

1.4本文主要研究内容

1.4.1钢框架结构的弹塑性抗震分析

1.4.2能力—需求图法求目标位移

1.4.3直接基于位移的迭代抗震设计方法

1.4.4直接基于位移的非迭代抗震设计方法

第2章钢框架结构的弹塑性抗震分析

2.1引言

2.1.1钢框架结构的非线性有限元建模

2.1.2钢框架结构的结构模型

2.1.3钢框架结构的单元模型

2.1.4钢框架结构的恢复力模型

2.2钢框架结构非线性分析方法概述

2.2.1一阶弹性分析

2.2.2一阶弹塑性分析

2.2.3阶弹性分析

2.2.4阶弹塑性分析

2.3钢框架结构的一阶弹塑性抗震分析

2.3.1塑性铰方法

2.3.2塑性区方法

2.4钢框架结构的二阶弹塑性抗震分析

2.4.1 P-δ效应

2.4.2 P-△效应

2.5算例分析

2.5.1算例1：两层单跨平面钢框架

2.5.2算例2：五层两跨平面钢框架

2.6本章小结

第3章能力—需求图法求目标位移

3.1引言

3.2能力图的确定

3.2.1能力曲线

3.2.2等效单自由度的转换

3.2.3能力曲线的折线化

3.3需求图的确定

3.3.1基于规范弹性反应谱的需求图的建立

3.3.2等效弹性需求图的建立

3.3.3弹塑性需求图的确定

3.4能力—需求图法求目标位移

3.4.1能力—需求图方法的基本原理

3.4.2能力—需求图法的具体步骤

3.5改进的能力—需求图方法求目标位移

3.5.1改进的能力—需求图方法的基本原理

3.5.2改进的能力—需求图法的具体步骤

3.6算例分析

3.6.1算例1：两层单跨平面钢框架

3.6.2算例2：五层两跨平面钢框架

3.7本章小结

第4章直接基于位移的迭代抗震设计方法

4.1引言

4.2应用弹性反应谱进行直接基于位移的抗震设计

4.2.1应用弹性反应谱进行直接基于位移的抗震设计步骤

4.2.2算例1：两层单跨平面钢框架

4.2.3算例2：五层两跨平面钢框架

4.3应用弹塑性反应谱进行直接基于位移的抗震设计

4.3.1应用弹性反应谱进行直接基于位移的抗震设计步骤

4.3.2算例1：两层一跨平面钢框架

4.3.3算例2：五层两跨平面钢框架

4.4应用两种反应谱的比较及直接基于位移的迭代抗震设计方法存在的问题

4.4.1应用两种反应谱的比较

4.4.2直接基于位移的迭代抗震设计方法存在的问题

4.5本章小结

第5章直接基于位移的非迭代抗震设计方法

5.1引言

5.2直接基于位移的非迭代抗震设计方法的基本原理

5.2.1等效弹性反应谱和弹塑性反应谱

5.2.2非迭代能力需求图方法

5.3直接基于位移的非迭代抗震设计步骤

5.4算例分析

5.4.1算例1：两层单跨平面钢框架

5.4.2算例2：五层两跨平面钢框架

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢