不同场地土条件下钢框架的结构影响系数——基于等能量原则

摘要

结构进入塑性阶段后安全保证的关键是结构影响系数的取值,结构影响系数不仅是基于强度抗震设计中确定设计地震力的关键,也是基于性态的抗震设计中确定非弹性反应谱的主要依据。如何合理确定结构影响系数不可避免的成为结构工程中研究的热点问题之一。结构影响系数的研究对于提高工程结构抗震安全性、经济性,发展和改进现有的抗震设计理论具有重要的学术价值和工程意义。
　　 从能量角度研究结构在地震中的性能,起源于对大量震害的观察,并逐步向着指导抗震设计的方向发展。基于能量方法的结构影响系数的研究是一种新的尝试。地震动能量显示了地震强弱的综合指标,并体现了地面最大加速度和地震持时两个反映地面运动特性的重要因素。因此,结构地震能量分析与设计方法成为改进传统抗震设计方法的重要发展方向。由于地震波本身的复杂性和不确定性,在地震波的分组问题上至今没有统一的定论,但一些基本规律已达成共识:场地类型是影响地震波频谱特性的主要因素之一,反应谱的形状随场地类别的差别有较大的变化。本文研究发现场地土的改变,对结构产生的影响不容忽略。
　　 本文按我国《建筑抗震设计规范》设计了8个钢框架结构,在四类场地下分别输入地震波,采用增量动力时程有限元分析对结构进行了地震反应计算,基于等能量原则得出钢框架的结构影响系数、延性系数以及超强系数。文中详细论述了求解结构影响系数的具体步骤,统计分析并讨论了这些系数随结构层数变化和所在场地土条件的不同变化规律。本文力求为钢结构抗震设计提供合理的地震作用,以改善现阶段用钢量偏高而制约钢结构发展的现状。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 背景与意义

1.2 结构影响系数的国内外研究现状

1.2.1 国外研究

1.2.2 国内研究

1.3 各国规范对结构影响系数的规定

1.3.1 美国相关规范

1.3.2 欧洲规范

1.3.3 新西兰规范

1.3.4 日本规范

1.3.5 加拿大规范

1.3.6 我国《建筑抗震设计规范》

1.4 本文的研究内容、目的、手段和方法

第二章 不同场地土条件对结构性能的影响

2.1 引言

2.2 我国场地及场地类别的划分

2.3 中美规范对场地的评价

2.4 中美规范对场地土影响的考虑

2.5 小结

第三章 基于等能量原则的结构影响系数

3.1 引言

3.2 能量分析方法的发展

3.2.1 单自由度体系能量反应表达式

3.2.2 多自由度体系能量反应表达式

3.3 基于等能量原则的结构影响系数求解方法

3.3.1 结构影响系数求解的几个关键问题

3.3.2 等能量原则

3.3.3 显著屈服点的确定

3.4 动力增量分析的基本理论

3.4.1 IDA分析实施步骤.

3.4.2 IDA分析相关参数确定

3.5 IDA分析与地震动的相关要素

3.5.1 地震动幅值

3.5.2 频谱特性

3.5.3 持时

3.6 地震时程曲线的选取

3.6.1 地震波的选取方法

3.6.2 双控选波

3.7 小结

第四章 结构影响系数求解

4.1 引言

4.2 分析求解基本步骤

4.3 工程概况和计算模型

4.3.1 框架截面设计

4.3.2 有限元模型的建立

4.4 地震动记录的选取和调幅

4.4.1 地震动记录的选取

4.4.2 地震动记录调幅

4.5 非线性动力时程分析

4.6 算例分析

4.6.1 地震波的β谱

4.6.2 小震分析时的最大底部剪力

4.6.3 小震、中震下的底部剪力和顶点位移曲线

4.6.4 小震、中震下的结构塑性铰

4.6.5 非线性动力时程分析

4.6.7 等能量原则求解结构影响系数

4.6.8 等能量原则计算出的结构影响系数

4.7 小结

第五章 结论与展望

5.1 研究成果与结论

5.2 进一步研究工作

参考文献

附录

致谢

作者简历

攻读硕士学位期间论文发表情况