单自由度结构中基于性能抗震设计的能量方法

摘要

能量法概念明确，能够较好的反映地震动强度、频谱特性，特别是持时对结构破坏的综合影响，从输入能量和耗散能量的角度捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形历程，因此，对能量法的研究成为改进传统抗震设计方法的重要发展方向。 本文从能量的角度考虑结构的抗震能力，对影响结构抗震性能的许多因素如地震动的持时、延性系数、力的折减因子等方面入手进行分析，求得单自由度结构的总输入能、瞬时输入能、滞回耗能等能量参数在上述影响因素作用下的规律。 本文采用非线性时程的分析方法，利用计算机Fortran语言作为计算工具，并采用软件验证的方法，求出不同场地地震记录下结构的能量。从以下几方面展开自己的工作： 一．研究能量时程，发现从等效速度的时程图形中可以清晰的看到地面脉冲运动的影响，直接了解到地震波的脉冲时间段，并可以了解到脉冲型地面运动结构达到最大输入能所需的响应时间。结构在承受脉冲型地面运动输入结构的能量，要比长持时地面运动所需的时间短，而结构耗散的能量要比长持时地面运动耗散的能量大得多，故结构的能量分析应从瞬时输入能以及累计耗能两个方面考虑结构的输入能，因此瞬时输入能是地震设计中不可忽视的。从总输入能量和瞬时输入能量两方面来研究地震动，可以更加全面的反映地震动对结构的破坏行为。 二．通过时程分析，计算得出各种能量谱，如：输入能谱、滞回耗能谱以及输入能和最大位移之间关系的能量谱等，对已有的非弹性输入能谱可以用弹性输入能谱代替的结论进行了验证，并对场地条件对结构输入能的影响进行了分析比较；对现有的等能量和等位移准则成立的范围进行了讨论。 三．分析了一些学者提出的能量简化公式，对现在有能量方法的研究的进展和现在的不足，提出了自己的设想和建议。

目录

文摘

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致谢

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1单纯依靠强度抗震设防的问题

1.1.2用能量的方法考虑结构的延性

1.1.3能量方法的发展

1.1.4设计能量参数

1.1.5能量方法的研究现状

1.1.6本文的研究内容和章节安排

第2章结构抗震性能的影响因素

2.1引言

2.2地震动的持时和强度

2.2.1地震动的持时

2.2.2地震动持时对结构物影响的重要性

2.2.3强震动破坏的两种形式

2.2.4地震动持时的定义

2.3对频谱有影响的主要因素

2.4延性的概念及研究现状

2.4.1延性的基本概念

2.4.2滞回延性

2.4.3延性指标

2.4.4强度折减系数

2.5双重破坏指标的提出

2.6本章小结

第3章单自由度结构的能量谱

3.1引言

3.2能量方程的求解方法

3.3地震作用下的能量平衡方程

3.4地震记录的选取

3.5瞬时输入能和总输入能

3.5.1能量时程

3.5.2平均等效速度谱

3.5.3长周期结构输入能的极限值

3.6考虑非弹性位移需求的能量谱

3.6.1滞回耗能比谱

3.6.2等位移和等能量准则

3.6.3输入能和最大位移之间的关系

3.7本章小节

3.7.1瞬时输入能和累积输入能

3.7.2输入能谱

第4章简化的能量抗震设计公式

4.1引言

4.1.1等效速度简化公式

4.1.2塑性应变能

4.1.3基于能量的地震设计

4.2设计能量谱

4.2.1弹性响应加速度谱

4.2.2等效速度谱

4.3塑性应变能和输入能的比

4.4力的折减因子

4.5本章小结

第5章结论与展望

5.1主要结论

5.2工作展望

参考文献

作者简历