论文题目: 钢结构弹塑性动力学及抗震设计理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 黄金桥
导师: 童根树
关键词: 能量反应,单自由度体系,滞回模型,塑性耗能,抗震设计,地震力调整系数,结构,延性,隅撑
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文首先通过对冲击和简谐荷载作用下的不同滞回模型(理想弹塑性(EPP)、弹塑性-线性强化(ELH)、滑移剪切(SSP)和理想双线性弹性模型(BIL))的SDOF(single degree of freedom)振子进行了理论和数值的分析,以考察塑性耗能、阻尼耗能和延性对于抗震和减振的意义。研究表明:在冲击荷载下,结构所能承受的荷载等于结构的最大静力承载力;并给出了结构的最大位移、振幅等计算式。在简谐荷载作用下,当荷载频率低于结构自振频率时,总体上振幅随后期刚度增大而减小;当荷载频率远大于结构自振频率后,结构的振幅几乎保持不变。结构的塑性耗能比阻尼耗能更有利于结构振动位移的控制,尤其在共振条件下更为显著。通过有阻尼和无阻尼单自由度体系在上述荷载下的弹性及弹塑性动力分析,发现动力荷载在整个动力响应过程中所作的功决定于体系的耗能能力。在无阻尼无限弹性体系中简谐动力荷载并不做功。 各国均用弹性反应谱除以地震力调整系数R来决定设计用地震力。本文借助单自由度非线性动力时程分析程序,分析了EPP、ELH、SSP和BIL四种滞回模型在各类场地条件,不同延性μ,阻尼比ξ下的地震力调整系数R随自振周期T的变化规律。以地震波特征周期T_g在R谱上对应的点为基准点对计算结果标准化,较好地消除了不同地震波对R谱曲线形状的影响。通过统计平均和回归分析,建立了不同场地条件下R的近似公式,可供进一步完善钢结构的抗震设计参考。本文区别于其它同类研究的一个重要特点是将延性和耗能能力作为两个独立的分量,分别考察两者对系数R的影响。研究表明:地震力调整系数R主要取决于结构的延性μ,μ越大R越大;而场地条件、耗能能力、阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的。耗能能力仅对中短周期结构(0.3≤T/T_g<5.0)的R有明显影响。R随阻尼比ξ的增大而减小,对EPP和ELH模型ξ0.05时的R比ξ0.02时要小10～15%,对SSP和BIL模型,ξ的影响相似。对EPP和ELH模型,后期刚度越大R越大;但当后期刚度超过初始弹性刚度的10%之后,后期刚度的变化对R的影响不大。 本文还对新型抗震隅撑支撑框架进行了深入研究。新型抗震隅撑支撑框架(knee—braced frame, KBF)是在梁柱连接的附近设一起耗能作用的隅撑,主支撑连接在此隅撑上构成的抗震结构体系。与EBF抗震结构体系对比,具有大震时框架结构不易损坏,维修方便的优点。本文采用有限元分析方法,考察了不同的隅撑形式、不同高宽比下KBF结构的性能。在分析总结的基础上,系统地提出了KBF框架的抗震设计要求和有关的计算公式。对一个三层框架结构,分别采用X-CBF、V-CBF、EBF和KBF进行了抗震设计。对比表明,虽然EBF结构的提出,本意是克服中心支撑结构体系抗侧刚度大,地震力大的缺点,但是设计结果表明,EBF、CBF、KBF的抗侧刚度相当。这表明,对EBF和KBF的抗震性能的认识应该从它们的延性和耗能能力强、从而为结构提供一个“保险丝”的
论文目录:
第一章 绪论
§1．1 问题的引出
§1．2 SDOF在简单荷载作用下的弹塑性分析研究现状
§1．3 地震力调整系数研究现状
§1．4 隅撑支撑框架体系(KBF)的研究现状
§1．5 现有研究存在的问题及本文的主要研究内容
参考文献
第二章 SDOF振动能量反应研究
§2．1 SDOF振动能量反应
2．1．1 SDOF在简单荷载作用下能量反应
2．1．2 不同滞回模型SDOF系统在简单荷载作用下的反应
§2．2 计算方法和方程离散化
2．2．1 线性加速度逐步积分法
2．2．2 能量计算
§2．3 SDOF简单荷载下的反应
2．3．1 荷载水平的划分
2．3．2 计算程序的验证
2．3．3 冲击荷载作用下的反应
2．3．4 有限延性情况
§2．4 简谐荷载作用
2．4．1 安定定理的适用性检验(理想弹塑性模型)
2．4．2 理想弹塑性模型
2．4．3 双折线弹塑性强化模型
2．4．4 滑移剪切模型
2．4．5 理想双线性弹性模型
§2．5 有限延性
本章小结
参考文献
第三章 地震力调整系数
§3．1 前言
§3．2 输入地震波
§3．2 分析方法
§3．3 统计平均地震力调整系数
3．3．1 延性影响系数R_μ
3．3．2 平均阻尼影响系数R_ξ
3．3．3 平均后期刚度影响R_α
§3．4 拟合的SFMC R与计算结果的对比
§3．5 变异系数C_(var)
§3．6 不同滞回模型下的地震影响系数
本章小结
参考文献
第四章 隅撑支撑框架结构的性能
§4．1 前言
§4．2 KBF研究现状
§4．3 本章研究内容和研究目的
§4．4 隅撑的设计与要求
§4．5 KBF与其他结构的比较
§4．6 KBF弹塑性性能分析
本章小结
参考文献
第五章 主要结论及展望
§5．1 工作总结
§5．2 工作展望
致谢
发布时间: 2005-07-15
参考文献
- [1].钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究[D]. 李应斌.西安建筑科技大学2004
- [2].钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D]. 史庆轩.西安建筑科技大学2002
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- [3].工字梁腹板在局部承压和剪力作用下的弹性屈曲及极限承载力[D]. 任涛.浙江大学2005
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