基于滯回耗能的結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、破壞性地震會(huì)給國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害與損失，故強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)的抗震分析理論和設(shè)計(jì)方法一直是地震工程界所關(guān)注的重要研究課題，也是目前的研究熱點(diǎn)之一。一般的抗震設(shè)計(jì)主要考慮結(jié)構(gòu)的抗震承載力，而基于性能設(shè)計(jì)方法采用的性能目標(biāo)一般和結(jié)構(gòu)最大位移或延性相關(guān)，但在地震地面運(yùn)動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的因素除了最大非線性位移外，大量非線性滯回循環(huán)引起的塑性累積破壞也是重要的影響因素?；谀芰靠拐鹪O(shè)計(jì)方法具有概念清晰、計(jì)算簡單的優(yōu)點(diǎn)，較

2、好地反映地震動(dòng)強(qiáng)度、頻譜特性和強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的影響。目前能量方法中主要采用滯回耗能值來評(píng)估結(jié)構(gòu)的破壞程度，本論文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的理論研究和大量的計(jì)算，分別求得結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的滯回耗能需求值和能力值，初步建立了基于滯回耗能的抗震性能評(píng)價(jià)方法，并以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架為算例進(jìn)行了設(shè)計(jì)與復(fù)核。論文的主要內(nèi)容如下： 1、以單自由度彈塑性體系振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，編制結(jié)構(gòu)的能量反應(yīng)時(shí)程分析Matlab程序；按場

3、地類別和強(qiáng)震持時(shí)對(duì)302條美國Northridge地震和339條臺(tái)灣ChiChi地震的水平向地震加速度記錄進(jìn)行分類，由非線性程序計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的平均滯回耗能需求譜；研究了地震動(dòng)工程特性和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)滯回耗能值的影響，分析結(jié)果表明屈服強(qiáng)度系數(shù)和剛度折減系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的滯回耗能值影響都較小，滯回耗能峰值和地震動(dòng)加速度峰值的平方大致成正比。 2、由等效輸入能譜速度峰值放大因子的不同，可分別得到Vidic-Fajfar和Chai-Faiar

4、模式雙折線滯回耗能需求譜的數(shù)學(xué)表達(dá)式；由能量反應(yīng)時(shí)程分析結(jié)果，可統(tǒng)計(jì)分析建立與場地類別和強(qiáng)震持時(shí)相關(guān)的滯回耗能譜的簡化計(jì)算公式。比較分析了由以上三種方法求得到的滯回耗能需求譜曲線，結(jié)果表明雙折線滯回耗能需求譜計(jì)算結(jié)果偏保守，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)周期較大時(shí)，和時(shí)程計(jì)算值的差異性較大。 3、由修正的Park-Ang損傷模型和低周疲勞破壞模型可分別推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的滯回耗能能力值。在滯回耗能能力值的計(jì)算公式中，除了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)外，單調(diào)位

5、移延性系數(shù)由結(jié)構(gòu)非線性靜力推覆分析得到，循環(huán)位移延性系數(shù)由結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度折減系數(shù)得到。 4、歸納整理了12種不同的等效體系方案(ESS)，求解結(jié)構(gòu)的滯回耗能需求值時(shí)可避免做復(fù)雜繁瑣的多自由度體系(MDOF)非線性時(shí)程分析。為分析不同ESS的等效效果，首先采用經(jīng)驗(yàn)公式或非線性推覆分析方法可求得實(shí)際多自由度體系的層剪計(jì)算模型，再由自編Maltlab程序計(jì)算結(jié)構(gòu)MDOF和等效單自由度體系(ESDOF)的能量反應(yīng)，得到ESS的耗能比值。結(jié)果

6、分析表明，場地特征和滯回耗能標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)ESS的耗能比值有重要的影響，對(duì)所有典型地震波的耗能比值做非線性回歸分析，便可分別得到與場地a/v值和耗能標(biāo)準(zhǔn)值SE相關(guān)的耗能比值Rh的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 5、實(shí)際多自由度結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于不同恢復(fù)力模型，本論文分別選用了適合于鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的雙線型、半退化三線型和退化三線型三種恢復(fù)力模型，編制相應(yīng)Matlab計(jì)算程序，準(zhǔn)確求得對(duì)應(yīng)的滯回耗能需求譜和耗能比值。相比較于雙線型模型，三線型模型

7、可考慮剛度退化現(xiàn)象，更真實(shí)地反應(yīng)了鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的受力特性。 6、由結(jié)構(gòu)能量平衡思想，建立基于滯回耗能的結(jié)構(gòu)能量反應(yīng)判別式，從而可判斷在強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)是否發(fā)生破壞。修正Park-Ang損傷模型的損傷指數(shù)可表征結(jié)構(gòu)的破壞程度，則業(yè)主要求的結(jié)構(gòu)性能水平對(duì)應(yīng)于特定的損傷指數(shù)，故可得到對(duì)應(yīng)于特定性能目標(biāo)的結(jié)構(gòu)滯回耗能能力值，從而初步建立考慮滯回耗能的基于性能抗震設(shè)計(jì)與復(fù)核過程。 7、為將以上分析成果應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)的抗震評(píng)價(jià)