基于滯回耗能的結(jié)構(gòu)抗震性能評價方法研究.pdf

1、破壞性地震會給國家經(jīng)濟建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全造成巨大的危害與損失，故強震作用下結(jié)構(gòu)的抗震分析理論和設(shè)計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之一。一般的抗震設(shè)計主要考慮結(jié)構(gòu)的抗震承載力，而基于性能設(shè)計方法采用的性能目標一般和結(jié)構(gòu)最大位移或延性相關(guān)，但在地震地面運動作用下結(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)計方法具有概念清晰、計算簡單的優(yōu)點，較

2、好地反映地震動強度、頻譜特性和強震持續(xù)時間對結(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算，分別求得結(jié)構(gòu)在強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價方法，并以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架為算例進行了設(shè)計與復(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理論為基礎(chǔ)，編制結(jié)構(gòu)的能量反應(yīng)時程分析Matlab程序；按場

3、地類別和強震持時對302條美國Northridge地震和339條臺灣ChiChi地震的水平向地震加速度記錄進行分類，由非線性程序計算得到結(jié)構(gòu)的平均滯回耗能需求譜；研究了地震動工程特性和結(jié)構(gòu)動力特性對滯回耗能值的影響，分析結(jié)果表明屈服強度系數(shù)和剛度折減系數(shù)對結(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)學表達式；由能量反應(yīng)時程分析結(jié)果，可統(tǒng)計分析建立與場地類別和強震持時相關(guān)的滯回耗能譜的簡化計算公式。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算結(jié)果偏保守，尤其當結(jié)構(gòu)周期較大時，和時程計算值的差異性較大。 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)出對應(yīng)于結(jié)構(gòu)破壞時的滯回耗能能力值。在滯回耗能能力值的計算公式中，除了相應(yīng)的經(jīng)驗系數(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可避免做復(fù)雜繁瑣的多自由度體系(MDOF)非線性時程分析。為分析不同ESS的等效效果，首先采用經(jīng)驗公式或非線性推覆分析方法可求得實際多自由度體系的層剪計算模型，再由自編Maltlab程序計算結(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準值對ESS的耗能比值有重要的影響，對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值和耗能標準值SE相關(guān)的耗能比值Rh的數(shù)學表達式。 5、實際多自由度結(jié)構(gòu)對應(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計算程序，準確求得對應(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)性能水平對應(yīng)于特定的損傷指數(shù)，故可得到對應(yīng)于特定性能目標的結(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)計與復(fù)核過程。 7、為將以上分析成果應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)的抗震評價