基于拟力法的弹塑性单自由度体系的塑性耗能谱研究

摘要

塑性耗能是结构进入非弹性阶段后消耗地震总输入能的能量之一，由于塑性变形是不可恢复的，通常认为累积塑性耗能是导致地震作用下结构发生破坏的一个重要因素。因此，对塑性耗能进行更深入研究时，塑性能量谱是需要解决的基础问题。拟力法是一种变位移的计算方法，与传统非线性分析方法相比较，它计算量小，计算速度快，稳定性较好，在非线性动力分析中具有一定的可靠性。将拟力法运用到结构能量分析中，能够很好的将耗能分析带进结构的构件层面上。因此，将拟力法运用到塑性耗能谱的建立中，能够使结构分析结果更加精确。因此，本文主要研究内容如下:
　　1、运用静态缩聚方法，将结构转动自由度缩聚掉，对结构运动方程进行改进，保留水平位移自由度，基于拟力法理论，建立结构塑性耗能表达式。根据等效单自由度体系的假定和振型分解法，建立了等效单自由度体系塑性耗能的计算公式，提出两种基于等效单自由度体系估算多自由度体系塑性耗能的方法，并探讨了两种方法的适用条件。以多个结构为例，分别计算等效单自由度体系和多自由度体系的塑性耗能，通过对比分析验证了所提出的两种结构塑性耗能估算方法的有效性和适用条件。
　　2、考虑地震动工程特性参数和结构动力特性参数，探索单自由度体系塑性耗能谱的可能影响因素，考虑双线性力与位移关系，对基于拟力法理论的单自由度体系塑性耗能的表达式进行改进。将地震动作用于单自由度体系中，根据地震动结束时体系的塑性耗能反应谱曲线，分别分析了地震动加速度幅值、地震动加速度峰值与速度峰值的比值、地震强震持时以及结构阻尼比、结构屈服强度系数以及屈服后刚度折减系数等因素对结构塑性耗能反应谱的影响。
　　3、根据塑性耗能的影响因素，建立不同场地类别的三段式的单位质量结构的塑性耗能谱。根据频谱特性和强震持时进行了标准谱的峰值的计算，考虑地震动加速度峰值、结构阻尼比、屈服强度系数和刚度折减系数的作用，计算了塑性耗能谱的峰值调整系数，并根据阻尼比和屈服强度系数计算下降曲线段的衰减系数。将建立的塑性耗能谱与实际地震动的塑性耗能谱进行对比。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 拟力法理论简介及能量分析研究现状

1．3 塑性耗能谱分析方法概述

1．4 研究目的及本文主要工作

2 基于拟力法的塑性耗能表达式

2．1 拟力法基本原理

2．1．1 拟力法基本概念和公式

2．1．2 考虑静态缩聚的拟力法动力时程分析

2．2 基于拟力法的塑性耗能表达式

2．2．1 基于绝对能量平衡方程的能量分析

2．2．2 基于相对能量平衡方程的能量分析

2．2．3 基于拟力法的塑性耗能

2．3 本章小结

3 基于ESDOF体系的结构塑性耗能估计

3．1 基于ESDOF体系假定考虑某一阶振型的塑性耗能估算方法

3．1．1 ESDOF体系塑性耗能表达式

3．1．2 多自由度体系和ESDOF体系塑性耗能的关系

3．1．3 数值分析

3．2 基于ESDOF体系及振型分解法的塑性耗能估算方法

3．2．1 基于拟力法的ESDOF体系运动方程的建立

3．2．2 多自由度体系和ESDOF体系塑性耗能的关系

3．2．3 数值分析

3．3 两种估算方法的比较分析

3．4 本章小结

4 基于拟力法的塑性耗能谱的建立

4．1 塑性耗能谱影响因素的选取

4．1．1 地震动工程特性参数的选取

4．1．2 结构动力特性参数的选取

4．2 地震动工程特性参数对塑性耗能谱的影响

4．2．1 地震动强度的影响

4．2．2 地震动频谱特性的影响

4．2．3 地震动持时的影响

4．3 结构动力特性参数对塑性耗能谱的影响

4．3．1 阻尼比的影响

4．3．2 结构屈服强度系数的影响

4．3．3 屈服后刚度折减系数的影响

4．4 塑性耗能谱的建立

4．4．1 分界特征周期的计算

4．4．2 标准谱的塑性耗能峰值的计算

4．4．3 加速度幅值调整系数的计算

4．4．4 阻尼调整系数的计算

4．4．5 屈服强度调整系数的计算

4．4．6 刚度折减调整系数的计算

4．4．7 衰减系数的计算

4．5 与实际塑性耗能谱对比

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢