钢筋混凝土建筑非线性阻尼性能及其地震反应研究

论文题目: 钢筋混凝土建筑非线性阻尼性能及其地震反应研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 樊海涛

导师: 何益斌

关键词: 建筑物非线性阻尼性能,非线性阻尼比表达式,非线性阻尼反应谱,动力特性识别,变换,瞬时频率,局域阻尼比,损伤识别

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 建筑物的阻尼性能对其地震反应有重要影响。国内外最近十多年的相关研究表明,建筑物阻尼性能具有非线性性质,而当前各国建筑抗震设计规范中广泛采用的常阻尼比模型不能真实地反映建筑物的非线性阻尼性能,这可能导致建筑物抗震设计结果产生较大的偏差。围绕着钢筋混凝土建筑的非线性阻尼性能及其地震反应分析方法,本论文进行了以下几个方面的研究工作: 1.在收集了大量建筑物、建筑结构模型以及钢筋混凝土、砌筑砂浆等主要建筑材料的阻尼比试验数据基础上,深入探讨了建筑物的阻尼机理,定量分析了钢筋混凝土建筑物阻尼性能的主要影响因素及其非线性阻尼性能的变化规律。 2.根据建筑物阻尼机理和阻尼性能主要影响因素的分析,提出了各种结构形式钢筋混凝土建筑非线性阻尼比计算表达式,这些表达式充分考虑了建筑物主要构成材料的阻尼性能、建筑物结构形式、构造方法、结构变形性能和结构变形状态等因素对建筑物阻尼比的影响,能够合理地反映建筑物的非线性阻尼性能,并具有较强的实用性。 3.对建筑物动力特性及损伤的识别方法进行了深入研究和探讨,阐述了Hilbert-Huang变换(HHT)法分析过程和具有的优势,论述了采用经验模态分解(EMD)法提取建筑物模态振动反应的步骤和注意事项,以及如何利用Hilbert变换识别结构的瞬时频率和损伤发展过程,如何利用相对Hilbert边际谱识别结构模态振型,并通过算例分析验证了本文方法的有效性。 对时变阻尼比的相关概念进行了详细的阐述和分析,提出了局域阻尼比的概念,推导了通过自由振动反应识别局域阻尼比的方法。研究了如何将能量法和HHT变换相结合,来识别地震中建筑物局域阻尼比。 采用本文提出的识别方法,分析了Northridge地震中两栋建筑物的动力特性参数,分析结果说明,本文分析方法能够有效地识别地震中建筑物模态频率变化规律和阻尼性能,进而较为可靠地评估建筑物在地震中的损伤发展过程和损伤程度。这两栋建筑物的地震损伤识别也进一步证实了本文方法的可行性。 4.通过大量的数值计算,分析了非线性阻尼比对建筑结构振动反应的影响,数值分析结果说明,非线性阻尼结构振动反应与常阻尼比结构的振动反应有着较大的差异。在某些情况下,常阻尼比分析模型的分析结果可能偏于不安全。 5.以本文提出的钢筋混凝土建筑物非线性阻尼比计算表达式为基础,通过数值模型计算,首次提出了建筑抗震设计反应谱的非线性阻尼修正系数,进而建立了非线性阻尼地震影响系数曲线,该曲线不仅充分考虑了设防烈度和场地条件对

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1．1 建筑抗震设计理论研究现状

1．1．1 抗震设计理论的发展历程

1．1．2 反应谱理论的进一步发展

1．2 阻尼理论的研究现状

1．2．1 阻尼定义及机理

1．2．2 阻尼模型

1．2．3 阻尼比

1．3 建筑物阻尼性能识别方法研究现状

1．3．1 频域识别法

1．3．2 时域识别法

1．3．3 阻尼识别方法的近期研究成果

1．4 建筑物阻尼性能研究存在问题及发展方向

1．5 本文研究的主要内容

第2章 钢筋混凝土建筑非线性阻尼机理及表达式研究

2．1 引言

2．2 建筑物阻尼比实测数据分析

2．3 建筑物阻尼机理分析

2．3．1 建筑物的外部阻尼

2．3．2 建筑物的内部阻尼

2．4 建筑物阻尼性能影响因素

2．4．1 建筑材料的阻尼性能研究

2．4．2 结构形式对建筑物阻尼性能的影响

2．4．3 结构变形对建筑物阻尼性能的影响

2．5 钢筋混凝土建筑非线性阻尼比表达式的建立

2．5．1 建筑物阻尼比表达式的形式

2．5．2 阻尼比表达式的参数分析

2．5．3 不同结构形式的钢筋混凝土建筑物阻尼比表达式

2．6 小结

第3章 基于HHT变换的结构动力特性识别方法研究

3．1 引言

3．2 HHT变换基本原理及其相关概念

3．2．1 时变动力特性参数

3．2．2 HHT变换的基本原理和分析步骤

3．3 基于HHT变换的建筑物动力特性识别方法研究

3．3．1 利用EMD分解法提取模态响应

3．3．2 根据相对HHT边际谱识别结构的模态振型

3．3．3 利用自由振动反应识别结构动力特性

3．3．4 利用强震记录识别建筑物动力特性

3．3．5 采用能量法识别结构的局域阻尼比

3．4 算例分析

3．4．1 自由振动反应动力特性识别

3．4．2 受迫振动反应动力特性识别

3．5 利用地震记录识别建筑物动力特性

3．5．1 钢筋混凝土建筑的地震反应分析

3．5．2 钢-混凝土组合结构的地震反应分析

3．6 小结

第4章 非线性阻尼反应谱及地震反应分析

4．1 引言

4．2 非线性阻尼体系的振动反应分析

4．2．1 单自由度体系振动反应分析

4．2．2 多自由度体系振动反应分析

4．3 非线性阻尼反应谱的建立

4．3．1 常阻尼比反应谱的特点

4．3．2 非线性阻尼反应谱及其修正系数

4．3．3 非线性阻尼地震影响系数曲线

4．4 非线性阻尼反应谱特点

4．4．1 地震设防烈度的影响

4．4．2 场地条件的影响

4．4．3 结构类型的影响

4．5 非线性阻尼结构地震作用分析

4．5．1 结构自振周期估算

4．5．2 振型分解反应谱法

4．6 算例分析

4．6．1 钢筋混凝土框架结构算例

4．6．2 钢筋混凝土框架-抗震墙结构算例

4．7 小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间所发表的学术论文题目)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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