基于需求区域的改进能力需求曲线方法研究

论文摘要

能力-需求曲线法是近年来在基于位移的抗震设计背景下被各国学者讨论得较多的研究方向。作为能力谱法的重要改进它能够解决使位移需求点所对应的结构非弹性特征和需求谱所对应的结构非弹性特征相一致的问题。需求区域的提出,构建了一种能力-需求曲线法的新思路,为了在工程应用中更好地利用这种思路,本文试图通过大型通用有限元软件SAP2000来实现需求区域,并力所能及地提出改进措施。当前能力-需求曲线法还存在如下问题:首先,现有能力-需求曲线法结构模型的建立误差以及对建立能力曲线和需求曲线模型的影响因素考虑不当所造成计算结果不准确。其次,如何考虑能力-需求曲线法和结构弹塑性动力反应分析之间固有的差异,并在此基础上对能力-需求曲线法的计算结果做修正以减小和动力反应分析结果之间的误差?为此,本文沿用需求区域的概念,有针对性地开展了一些工作:阐述了静力弹塑性分析方法的相关概念及发展历程;介绍了SAP2000静力弹塑性分析功能的基础——能力-需求曲线法的原理及分析步骤;列举了静力弹塑性分析和动力时程分析得出的结构反应的规律;针对已有的分析结论提出了对现有能力-需求曲线法的改进方案,通过算例分析验证了改进效果。本文得出的主要结论有:通过加速度加载和模态加载两种加载模式来近似模拟矩形加载和倒三角形加载模式,可以在SAP2000里得到两条推覆（能力）曲线;通过改变钢筋和混凝土的本构关系曲线,可以得到不同的需求曲线,取二者常用的本构关系的上下限,就可以得到需求曲线的包络;用SAP2000对不规则算例结构的正反两个方向进行推覆分析,所得结构反应差别不大;算例分析证明起包络作用的能力曲线和需求曲线所划分的变动区域可以更准确地确定pushover分析的结果;总结了结构弹塑性动力反应分析和静力弹塑性分析之间计算结果的相关性规律并加以了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 静力弹塑性分析方法的基本概念和发展概况
• 1.1.1 静力弹塑性分析方法的基本概念
• 1.1.2 pushover 分析的应用
• 1.2 本文的研究目的和主要工作
• 1.2.1 本文的研究目的
• 1.2.2 本文的研究工作和内容安排
• 2 能力谱方法的基本概念和原理
• 2.1 能力谱方法的原理和具体实施步骤
• 2.1.1 确定能力曲线的步骤
• 2.1.2 确定需求（位移）的步骤
• 2.1.3 用能力谱方法计算需求
• 2.2 基于需求区域的改进能力需求曲线方法
• 2.3 小结
• 3 SAP2000 的静力弹塑性分析及动力弹塑性分析功能
• 3.1 SAP2000 中PUSHOVER 分析的原理和步骤
• 3.1.1 SAP2000 中pushover 分析的原理
• 3.1.2 SAP2000 中pushover 分析的步骤
• 3.1.3 SAP2000 中塑性铰的定义
• 3.2 SAP2000 的弹塑性动力时程分析
• 3.2.1 SAP2000 的非线性类型
• 3.2.2 SAP2000 中动力弹塑性分析简介
• 3.3 动力弹塑性分析地震波的选取
• 3.3.1 选波原则
• 3.3.2 地震波选取结果
• 3.4 小结
• 4 需求区域在SAP2000 中的实现
• 4.1 需求区域的实现原理
• 4.2 SAP2000 求性能点的原理
• 4.3 SAP2000 实现需求区域的途径
• 4.4 钢筋和混凝土的应力应变关系选取
• 4.4.1 混凝土的应力应变关系曲线
• 4.4.2 钢筋的应力应变关系曲线
• 4.5 SAP2000 中应力应变曲线的定义
• 4.6 小结
• 5 算例分析
• 5.1 引言
• 5.2 算例
• 5.2.1 算例基本信息
• 5.2.2 参数设置
• 5.3 结构分析结果
• 5.3.1 静力弹塑性分析结果
• 5.3.2 动力弹塑性分析结果
• 5.3.3 两种分析方法之间的关系
• 5.4 对两种分析方法之间关系的算例验证
• 5.5 小结
• 6 结语
• 6.1 本文所取得的初步成果
• 6.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录