建筑结构减震设计的拟静力弹塑性分析方法

摘要

消能减震技术作为一种行之有效的结构抗震手段，越来越受到结构工程师的青睐。在设计中，工程师们常采用弹性时程分析法来计算结构在多遇地震下的响应;同时，采用弹塑性时程分析方法进一步分析结构在罕遇地震作用下的响应，这就要求对结构模型进行繁琐的前处理、大量的计算和对分析结果进行复杂的后处理。
　　工程设计实践表明，在结构中应用静力弹塑性分析方法可以提高设计效率，简化设计过程。静力弹塑性方法可以有效地对结构抗震性能进行分析和评估，且能预测结构在罕遇地震下潜在的破坏机制，找出相应的薄弱环节，使设计者能够对局部薄弱环节采取有效加强措施。然而，对于设置速度相关型阻尼器（如黏滞流体阻尼器）的减震结构，在推覆过程即进行静力弹塑性计算过程中，结构不产生速度，阻尼器不出力，这样就无法考虑阻尼器对结构的影响，这与实际情况严重不符。因此，静力弹塑性方法在减震结构中的应用受到了很大限制。
　　针对上述问题，本文提出了适用于建筑结构减震设计的拟静力弹塑性分析方法，通过结构“大震弹性”时程分析方法与静力弹塑性方法相结合，全面考虑了静力弹塑性计算过程中阻尼器对结构的影响。该方法是一种近似方法，在满足静力弹塑性方法的所有假定的基础上，静力推覆的目标位移采用“大震弹性”时程分析结果的结构顶点位移平均值;静力推覆的加载模式采用“大震弹性”时程分析得到的各楼层加速度荷载平均值;同时采用带轴力铰的杆单元来模拟推覆过程中的阻尼器。
　　本文从一黏滞阻尼器—框架结构中选取一榀平面框架作为算例，分别采用拟静力弹塑性分析方法和弹塑性时程分析方法对其进行分析计算，通过对比两种方法的计算结果，验证了拟静力弹塑性分析方法的可靠性。本文还将这种方法应用在实际工程（黏滞阻尼器—框架结构、黏滞阻尼器—框架剪力墙结构）中，并对分析结果作了相应的验证，进一步体现了拟静力弹塑性分析方法在减震结构分析计算中的优越性。该方法可以在较短的时间内得到结构在罕遇地震作用下的响应，如结构塑性开展情况、结构位移情况、结构中阻尼器出力等，能够使设计人员及时发现结构中的薄弱位置，并对阻尼器相关构件的强度进行校验。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 结构振动控制研究进展

1．2．1 结构振动控制的概念

1．2．2 结构的消能减震

1．2．3 常用的速度相关型阻尼器

1．3 减震结构设计方法研究进展

1．3．1 振型分解反应谱设计方法

1．3．2 时程分析法

1．3．3 静力弹塑性分析法

1．3．4 拟静力弹塑性分析法的研究意义

1．4 本文主要研究内容

第二章 减震结构拟静力弹塑性方法研究

2．1 引言

2．2 拟静力弹塑性分析方法的基本思路

2．2．1 拟静力弹塑性方法的研究目的

2．2．2 减震结构静力弹塑性分析方法在PERFORM-3D中的实现

2．2．3 拟静力弹塑性分析方法在ETABS中的实现

2．2．4 阻尼器出力的修正方法

2．3 拟静力弹塑性方法的算例分析

2．3．1 结构模型的动力分析

2．3．2 多遇地震下的拟静力分析

2．3．3 罕遇地震下的拟静力弹塑性分析

2．4 罕遇地震下拟静力弹塑性分析结果验证

2．4．1 弹塑性分析模型

2．4．2 梁柱构件性能指标选取

2．4．3 两种方法的分析结果对比

2．5 本章小结

第三章 拟静力弹塑性方法在黏滞阻尼器—框架结构中的应用

3．1 引言

3．2 黏滞阻尼器-框架结构工程概况

3．3 拟静力弹塑性方法应用于黏滞阻尼器-框架结构中的设计流程

3．3．1 常规设计流程

3．3．2 拟静力分析的意义与流程

3．4 拟静力弹塑性方法应用于黏滞阻尼器—框架结构中的计算分析

3．4．1 多遇地震下的结构减震分析

3．4．2 罕遇地震下的结构性能分析

3．4．3 结构的拟静力弹塑性分析

3．5 本章小结

第四章 拟静力弹塑性方法在黏滞阻尼器—框-剪结构中的应用

4．1 引言

4．2 黏滞阻尼器—框-剪结构工程概况

4．3 黏滞阻尼器—框-剪结构设计流程

4．3．1 常规设计流程

4．3．2 拟静力分析的意义与流程

4．4 拟静力弹塑性方法应用于黏滞阻尼器—框-剪结构的计算分析

4．4．1 多遇地震下的结构减震分析

4．4．2 罕遇地震下的结构性能分析

4．4．3 结构的拟静力弹塑性分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文