平面框架（杆系模型）能量分析和研究

论文摘要

结构抗震设计的能量分析方法能有效地反映主要由地震持续时间引起的累积损伤破坏。能量的传递、转化与吸收是结构地震反应的基本特征。基于能量概念的分析和设计方法概念明确、形式简单,又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响。因此,结构地震反应能量分析方法日益受到国际地震工程研究界的重视,正在向着实用化的设计方法方向发展。近年来,国内外研究者对结构抗震设计的能量分析方法进行了大量研究,并取得了初步成果,但仍然存在一些关键技术难题亟待解决和进一步完善。为此,本文针对结构抗震设计的能量分析方法尚存在的缺陷进行了如下研究工作并得出一些初步结论:①对结构进行能量反应分析时,宜在选择地震动输入时考虑地震动三要素的综合影响。本文对比了分析双指标选波和按反应谱面积选波,反应谱面积选波这种拟用两曲线的面积来近似完成两曲线间的逼近在数学上也是不合理的。它忽略地震波和结构的特性,一条地震波,它可用多条曲线来拟合,它们的面积偏差不同,它对同一结构的滞回耗能是不同,这种不确定性造成了滞回耗能不确定,因此,此选波方案必须要附加其他条件才能实现预定的选波要求。②在以基于滞回耗能的选波作为输入的前提下,结构的滞回耗能在总输入能中所占比重不会随着地震动输入的不同而产生较大波动,滞回耗能沿着结构层间的分布随着输入地震动的变化基本保持不变。③针对框架结构在选取构件两折线恢复力模型和三折线恢复力模型的不同滞回模型下的结构滞回耗能的计算和分析对比,通过算例分析得出采用两折线恢复力模型在计算结构滞回耗能时,当非线性发展较充分时。分析结果会出现零位较大漂移的现象,部分情况下会影响到最大响应特征量的统计,因此采用不退化两线型分析罕遇地震作用下结构的非线性性能是不合适的。建议分析框架结构滞回耗能采用考虑开裂位移的三折线恢复力模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 抗震设计思想的发展
• 1.1.1 抗震设计发展的阶段
• 1.1.2 我国目前的抗震设计思想
• 1.1.3 基于位移的结构抗震性能评估和分析方法
• 1.1.4 位移单一指标评估结构性能的不足及补充能量分析的重要性
• 1.1.5 能量反应分析中需要解决的问题
• 1.2 性态抗震设计对位移及能量指标的要求和分析方法
• 1.2.1 位移指标
• 1.2.2 能量指标
• 1.3 本文的分析目的及内容
• 2 抗震结构能量反应分析理论及方法
• 2.1 能量概念的提出能量反应分析的发展
• 2.2 能量反应分析的研究的现状及存在的问题
• 2.3 能量在抗震指标中的运用
• 3 能量反应的两种定义及能量反应方程的建立和求解
• 3.1 能量反应的两种定义
• 3.2 多自由度层模型的能量方程的建立
• 3.3 地震作用下的抗震框架杆系模型能量方程的建立
• 3.4 地震作用下的能量方程的求解
• 3.5 小结
• 4 平面杆系模型能量反应分析
• 4.1 多自由度结构能量反应分析步骤
• 4.2 计算程序及其分析方法
• 4.2.1 计算程序
• 4.2.2 钢筋混凝土框架结构的动力分析模型
• 4.2.3 程序的计算流程
• 4.2.4 计算方法说明
• 4.2.5 构件屈服轨迹及荷载取值
• 4.2.6 结构失效准则
• 4.3 影响抗震结构能量反应的因素分析
• 4.3.1 地面运动参数及地面运动的分类
• 4.3.2 地震动幅值
• 4.3.3 地震动频谱特性
• 4.3.4 地震动持时
• 4.4 地面运动的分类
• 4.5 基于结构滞回耗能的地震动输入选择
• 4.6 影响结构滞回耗能的地震动主要参数
• 4.7 杆系模型算例结构
• 4.8 基于能量概念的选波方案研究
• 4.8.1 双指标选波和结构滞回耗能统计
• 4.8.2 按反应谱面积选波和滞回耗能统计
• 4.8.3 多波输入对结构的滞回耗能反应在总能量中所占比例统计
• 4.8.4 不同柱截面的结构滞回耗能的分配
• 4.9 杆系模型算例验证
• 4.9.1 地震波的选取
• 4.9.2 结构动力响应
• 4.9.3 结构的塑性铰出铰顺序及分布规律
• 4.9.4 九层算例结构的弹性耗能、滞回耗能在总能量中的分配
• 4.9.5 九层算例结构滞回耗能在梁柱的的分配
• 4.9.6 九层算例结构滞回耗能在层间的分配
• 4.9.7 小结
• 5 不同恢复力模型对结构滞回耗能的影响
• 5.1 两线型恢复力的特征点取值
• 5.2 算例
• 5.3 结构的塑性铰出铰顺序及分布规律
• 5.4 结构滞回耗能在梁柱的分配
• 5.5 结构滞回耗能在层间的的分配
• 5.6 结构动力响应
• 5.7 小结
• 6 结束语
• 6.1 本文所取得的主要初步结果
• 6.2 需进一步研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录