地震能量反应分析方法及其在高层混合结构抗震评估中的应用

论文摘要

高层钢框架一混凝土核心筒(墙)混合结构，是近年来在我国迅速发展的一种新型结构体系。对于高层混合结构抗震性能的研究，是一项很重要的内容。目前，结构的抗震性能设计思想也由传统的基于力的强度设计方法发展到基于能量的抗震设计方法。论文以国家自然科学基金项目“高层混合结构基本受力特性的研究”为依托，围绕地震能量反应分析方法，着重在以下几个方面进行研究工作： 1．对比了刚度比例阻尼、质量比例阻尼和瑞雷阻尼模型下结构地震能量反应的差异。结果表明，不同阻尼模型下的总输入能相同；刚度比例和瑞雷阻尼模型下的滞回耗能比随结构周期的增大而减小，但质量比例阻尼的计算结果受周期影响不大；质量比例阻尼模型下的滞回耗能比最大，随着地震波峰值速度与峰值加速度比值的增大，三种阻尼模型下的滞回耗能比趋于一致。 2．采用Park—Ang损伤模型对不同高度的混合结构进行了损伤分析。获得了能综合考虑地震波的三要素对不同周期高层混合结构破坏影响的破损指数计算公式。 3．获得了线性单自由度体系总输入能量谱的拟速度谱估计方法，即阻尼比为0.5％下的拟速度谱可以用来近似估计总输入能量谱的等价速度谱。并以42条地震波的统计分析为基础，探讨了地震波参数对谱形参数的影响，获得了总输入能量谱的简化计算模型。 4．通过振型分解法及算例证明了线性多自由度体系的总输入能等于其各阶等效单自由度总输入能之和，采用前三阶等效单自由度总输入能之和即可对线性多自由度体系的总输入能作足够准确的估计。高层混合结构的弹塑性总输入能与结构经历最大位移时刻的等价周期有关，获得了基于等价周期求解的弹塑性总输入能简化计算方法，研究表明结构在进入弹塑性阶段后，其总输入能是增加还是减少与结构的周期以及地震波的频谱特性有关。 5．提出了高层混合结构层间弯曲屈服强度的概念，并以此为基础提出了不同周期混合结构滞回耗能比的简化计算公式，该公式综合体现了结构自振周期、结构塑性发展程度、钢框架与剪力墙承载力比值以及地震波特征参数对结构滞回耗能比的影响：通过探讨高层混合结构滞回耗能的分布特点，获得了层间滞回耗能参与系数的简化计算公式。 6．获得了最大瞬时输入能量谱的简化计算模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 地震能量反应分析方法
• 1.2.1 能量分析原理和反应方程
• 1.2.2 结构能量反应分析的研究
• 1.3 混合结构抗震性能的研究
• 1.3.1 混合结构研究现状
• 1.3.2 混合结构的受力特性
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 混合结构分析模型及地震波的选择
• 2.1 混合结构体系的简化
• 2.2 结构分析模型及恢复力模型
• 2.2.1 构件模型
• 2.2.2 层模型
• 2.2.3 层-杆系模型
• 2.3 地震波的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 阻尼模型对混合结构地震能量分析的影响
• 3.1 概述
• 3.1.1 阻尼模型
• 3.1.2 阻尼比
• 3.1.3 阻尼与结构抗震
• 3.2 阻尼模型对混合结构地震能量分析的影响
• 3.2.1 阻尼模型对总输入能的影响
• 3.2.2 阻尼模型对滞回耗能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 混合结构地震动参数的选取
• 4.1 概述
• 4.2 结构损伤指数模型
• 4.3 地震动参数对损伤指数的影响
• 4.4 地震波破坏能力的判断
• 4.5 本章小结
• 第5章 高层混合结构的总输入能
• 5.1 概述
• 5.2 线性单自由度体系的地震总输入能
• 5.2.1 阻尼对 SDOF体系总输入能的影响
• 5.2.2 SDOF体系总输入能的拟速度谱估计
• 5.3 地震总输入能量谱的研究
• 5.4 线性多自由度体系地震输入能的振型分解
• 5.5 高层混合结构地震总输入能的简化计算
• 5.5.1 高层混合结构弹性总输入能的计算
• 5.5.2 高层混合结构弹塑性总输入能的计
• 5.6 本章小结
• 第6章 高层混合结构的滞回耗能
• 6.1 结构分析参数的选取
• 6.2 高层混合结构的滞回耗能比
• 6.2.1 地震波参数对滞回耗能比的影响
• 6.2.2 结构参数对滞回耗能比的影响
• 6.3 高层混合结构滞回耗能的分布
• 6.3.1 高层混合结构滞回耗能的分布特点
• 6.3.2 高层混合结构滞回耗能分布的影响因素
• 6.4 带缝剪力墙在高层混合结构中的应用
• 6.4.1 带缝剪力墙的设计概念
• 6.4.2 带缝剪力墙混合结构的地震能量分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 高层混合结构地震破损指数的估计
• 7.1 概述
• 7.2 地震动瞬时输入能量
• 7.2.1 最大瞬时输入能量与体系最大位移反应
• 7.2.2 最大瞬时输入能量与总输入能量的关系
• 7.2.3 最大瞬时输入能量谱
• 7.3 高层混合结构的层间最大变形
• 7.3.1 高层混合结构层间变形的特点
• 7.3.2 基于瞬时输入能量的最大层间位移求解
• 7.4 高层混合结构的地震损伤模型
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读博士学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 42条地展波记录（按V/A值的大小排序）
• 致谢