基于性能的抗震设计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-混凝土核心筒（墙）或高层劲性混凝土框架-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性能或位移的延性抗震设计方法。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,围绕基于性能的抗震设计方法,着重在以下几个方面进行研究工作:1.在高层混合结构静力推覆分析中,高阶振型对于结构的分析结果影响往往不可忽略。论文将模态推覆分析方法与用自适应的加载方式相结合,提出了一种改进的多模态静力推覆分析方法。该方法同时考虑了高阶振型以及加载时程性的影响。运用模态推覆分析将多自由度体系解耦成每阶模态对应的单自由度体系,对于每阶模态下的推覆分析,当结构进入塑性阶段后,采用自适应的加载方式,得到每阶模态下结构的反应。2.采用我国规范规定的剪切波速分类对场地土进行划分,对双线性单自由度体系在177条地震动记录下进行弹塑性动力时程分析。通过对理想双线性体系的均值弹塑性位移比与强度折减系数进行了统计分析与数值拟合,建立了两大类场地土（硬土、软土）下的μ- R - T回归公式。并详细分析了场地土情况、震级、震中距、阻尼以及结构滞回特性对弹塑性位移比的影响。3.评述了静力推覆分析方法中应用能力谱方法确定结构目标位移的应用情况。在我国抗震规范的弹性反应谱的基础上,结合不同场地土情况下得到的μ? R ? T回归公式,建立了基于等延性强度下的改进能力谱曲线。并在多模态静力推覆分析方法的基础上,对于每阶模态下的位移需求（目标位移）,提出了应用改进能力谱方法求得结构位移需求的一般步骤。并首次将能力谱方法应用到混合结构抗震性能的评估中,对不同高度的混合结构进行了抗震性能的能力需求分析。4.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。对比了不同连梁的连接形式以及剪力墙设置水平缝情况下,结构整体损伤指标以及层间滞回耗能的分布。在此基础上,提出了改善混合结构抗震性能的措施。5.对长沙一已建的32层混合结构以及同济大学一混合结构缩尺振动台试验,进行了弹塑性动力时程分析与静力推覆分析。对比两种分析方法下楼层位移、层间位移角需求,近一步论证了本文分析方法在实际工程中的应用的可靠性。

论文目录

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• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 基于性能的抗震思想
• 1.2.1 基于性能抗震的研究概况
• 1.2.2 性能抗震研究所关心的问题
• 1.2.3 抗震分析方法
• 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 混合结构研究展望
• 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
• 2.2.4 连接的半刚性处理
• 2.2.5 P—△效应
• 2.2.6 阻尼矩阵
• 2.3 地震波的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 改进的多模态静力推覆分析方法
• 3.1 概述
• 3.2 静力推覆分析
• 3.2.1 静力推覆分析简介
• 3.2.2 侧向力分布模式综述
• 3.3 多模态静力推覆分析
• 3.3.1 改进的多模态静力推覆分析方法
• 3.3.2 等效单自由度体系的建立
• 3.3.3 自适应的侧向力加载方式
• 3.3.4 目标位移的确定
• 3.3.5 结构反应的模态组合规则
• 3.4 结构的破坏准则及损伤模型
• 3.4.1 结构破坏准则
• 3.4.2 结构损伤模型
• 3.5 结构破坏机制
• 3.6 算例分析
• 3.6.1 规则钢框架结构
• 3.6.2 规则钢框架－混凝土剪力墙混合结构
• 3.7 本章小结
• 第4章 等效单自由度体系地震动分析
• 4.1 概述
• 4.2 基本理论
• y'>4.2.1 强度折减系数R_y
• 4.2.2 弹塑性位移比的限值
• 4.3 分析方法
• 4.3.1 场地分类
• 4.3.2 恢复力模型
• 4.4 弹塑性位移比统计结果分析
• 4.4.1 场地土情况的影响
• 4.4.2 震级的影响
• 4.4.3 震中距的影响
• 4.4.4 阻尼比的影响
• 4.4.5 滞回特性的影响
• 4.5 简化公式
• 4.6 本章小结
• 第5章 混合结构改进的能力谱法
• 5.1 概述
• 5.2 等效线弹性体系分析（ATC－40 规范）
• 5.2.1 等效线弹性体系的等效周期
• 5.2.2 等效线弹性体系的等效阻尼
• 5.2.3 抗震性能评估能力谱法的步骤
• 5.3 等延性非弹性能力谱法
• 5.3.1 能力谱曲线的建立
• 5.3.2 需求曲线的建立
• 5.3.3 等延性非弹性能力谱法的应用步骤
• 5.4 等延性非弹性能力谱方法在混合结构体系中的应用
• 5.5 改善混合结构抗震性能的措施及结构损伤分析
• 5.5.1 改善混合结构抗震性能的措施
• 5.5.2 混合结构损伤分析
• 5.6 小结
• 第6章 混合结构实例分析
• 6.1 概述
• 6.2 实例1：长沙保利大厦
• 6.2.1 建筑概况
• 6.2.2 弹塑性时程分析
• 6.2.3 非线性静力推覆分析
• 6.3 实例2：同济大学混合结构振动台
• 6.3.1 试验概况
• 6.3.2 弹塑性时程分析
• 6.3.3 非线性静力推覆分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A（攻读博士学位期间发表的学术论文）
• 附录 B（强震记录）
• 致谢