钢筋混凝土框架结构基于能量的塑性设计方法研究

摘要

塑性设计方法考虑结构材料的非弹性变形，充分利用材料屈服后的强度，反映了结构整体的实际承载力，并能达到节约材料的目的。结构的滞回耗能是由结构的非线性变形引起的，可用以衡量结构的塑性累积损伤。目前大部分按塑性设计的结构并未考虑滞回耗能需求，为了克服这一缺陷，本文将结构滞回耗能和塑性极限状态分析方法结合起来，对单跨和多跨钢筋混凝土框架结构基于能量的塑性优化设计方法展开研究。　　首先对本文采用的塑性分析方法和优化方法进行选择，分析了滞回耗能可作为结构的优化设计参数，并给出了结构基于能量的塑性设计流程。然后分别从单跨和多跨钢筋混凝土结构入手，利用虚功原理由钢筋混凝土框架结构的破坏机构推导得到结构相应的破坏荷载方程，将破坏荷载方程转化成能量约束方程;同时考虑国家规范和其他的一些约束方程，采用最小钢筋用量为目标函数，建立了单跨和多跨钢筋混凝土框架结构构件各位置的塑性抗弯承载力需求的优化设计模型。根据求解出的构件最小抗弯需求，以梁柱造价最小为目标，分别对梁柱尺寸和配筋率进行优化设计。最后分别通过某二层单跨和某四层多跨钢筋混凝土框架结构为实例进行分析，验证了单跨和多跨钢筋混凝土框架结构基于能量塑性优化方法的合理性和可行性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 结构能量分析及研究现状

1．3 塑性设计方法及研究现状

1．4 结构优化设计基本理论及研究现状

1．5 本文主要研究内容

1．5．1 本文研究的主要工作

1．5．2 本文内容安排

第二章 塑性分析和优化设计

2．1 结构塑性分析

2．1．1 结构的极限荷载与强度储备

2．1．2 塑性极限分析方法

2．2 结构优化方法

2．2．1 数学模型

2．2．2 优化算法

2．3 结构基于能量的抗震分析

2．3．1 地震反应能量分析

2．3．2 结构滞回耗能需求

2．4 结构基于能量优化设计流程

2．5 本章小结

第三章：单跨RC结构基于能量的塑性优化设计

3．1 简支梁破坏机构和破坏荷载方程

3．2 单跨框架的破坏机构与破坏荷载方程

3．2．1 单层单跨框架

3．2．2 多层单跨框架

3．3 单跨框架梁柱构件的最小抗弯需求优化

3．3．1 约束方程

3．3．2 目标函数

3．4 构件优化设计

3．4．1 钢筋混凝土梁优化设计

3．4．2 钢筋混凝土柱优化设计

3．5 层间位移角和滞回耗能需求

3．5．1 层间位移角

3．5．2 能量需求

3．6 RC框架结构基于能量塑性优化设计流程

3．7 实例分析

3．7．1 地震波选取

3．7．2 各层滞回耗能计算

3．7．3 构件最小抗弯需求优化

3．7．4 梁柱优化设计

3．8 本章小结

第四章 多跨RC结构基于能量的塑性优化设计

4．1 多层多跨框架结构的破坏机构和破坏荷载方程

4．2 多跨结构梁柱构件的最小抗弯需求优化

4．2．1 约束方程

4．2．2 目标函数

4．3 实例分析

4．3．1 各层滞回耗能计算

4．3．2 构件最小抗弯需求优化

4．3．3 梁柱优化设计

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文