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精致化延性抗震设计理论

作　者: 赵永峰
导　师: 童根树
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 结构抗震设计 地震力调整系数 修正Clough滞回模型 延性 特征周期 位移放大系数 二阶效应 多自由度 弹塑性屈服强度系数 概率分布 屈服位移
分类号: TU352.11
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


几十年来，各国学者对地震力理论进行了大量的研究，而基于位移延性的地震力调整系数是其中很重要的一个分支，但是早期的研究计算所基于的地震波记录较少，没有考虑地震波本身的频谱特性对地震力调整系数的影响，也没有区分考虑延性和耗能能力对地震力调整系数的影响。为此，本文首先对地震力调整系数的发展和各国抗震规范中对于地震力调整系数的规定进行了回顾。利用单自由度（SDOF）体系弹塑性动力时程分析程序，计算了四类场地下各74～106条地震波输入后的结构动力响应。分析发现，加速度反应谱和地震力调整系数谱相关的特征周期是不同的，后者比前者更长。为此本文对地震波的特征周期进行了研究，分析了绝对输入能谱、速度谱、功率密度谱、地震力折减系数谱、地震波的傅立叶幅值谱和加速度谱，根据这些谱的最大幅值确定相应的卓越周期，结果表明前5种谱的卓越周期相同或非常接近，而加速度谱的卓越周期较小。本文又通过简谐激励下的谱分析，发现加速度谱的卓越周期更小的原因是加速度对于短周期激励更加敏感。计算得到了地震波记录的特征周期TgR和Tga分别用于标准化地震力调整系数谱和屈服强度系数谱。利用计算所得的动力响应，构建了修正Clough模型、理想弹塑性、剪切滑移和双线性弹性四类滞回模型下的地震力调整系数谱。分析了动力P-△二阶效应和结构抗侧强度对结构动力稳定和地震力调整系数的影响。对层间恢复力是理想弹塑性滞回模型的多自由度（MDOF）体系进行了弹塑性动力时程分析，得到了MDOF体系的地震力调整系数RMDOF，与单自由度体系的地震力调整系数RSDOF相比，得到了考虑MDOF效应对R的影响系数RM。结果表明，RM与层数、延性、标准化周期、层间刚度比和强度比有关。计算了等强度折减的双折线弹塑性滞回模型的SDOF体系在地震作用下的弹塑性位移响应，得到了周期标准化的，不同场地类型、强度折减系数、阻尼比、后期刚度和二阶效应等参数组合的位移比值谱，可用于由弹性位移计算最大弹塑性位移反应。分析了根据设防烈度要求确定的EPP模型包络的SDOF体系在不同峰值加速度地震作用下的延性响应，发现其对应各标准化周期T/TgR地震力折减系数R的分布均服从对数正态分布，得到了其概率密度分布函数，结合地震烈度的概率密度函数，最后得到结构在遭遇不同于设防烈度的地震作用时，其延性需求大于特定R的失效概率。为了便于计算地震力，采用间接和直接方法，得到了具有不同保证率的四类场地上的弹塑性屈服强度系数谱，并采用Tga标准化，能较好地保留其在特征周期Tga附近的峰值特征。又建议了同时采用特征周期Tga和TgR标准化的弹塑性屈服强度系数谱，即将谱曲线的水平周期轴分成三段：0<T<Tga，Tga<T<TgR和T>TgR三段，这样得到的谱能够尽可能地保留谱曲线在Tga和TgR处的峰值特征。利用屈服位移在结构设计过程中的稳定性，提出了可描述屈服位移△y和屈服强度系数Cy之间关系的屈服点谱YPS（Yielding Point Spectra）。以屈服位移△y作为基本设计参数的YPS谱是一种等延性反应谱，不但可以直接用于抗震结构的弹塑性设计，还可以用于验算结构在地震作用下的最大弹塑性位移反应。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-31
  1.2 基于性能的抗震设计方法介绍  11
  1.3 地震力调整系数的研究  11-16
  1.4 弹塑性强度谱的研究  16-20
  1.5 位移放大系数的研究  20-23
  1.6 本文的主要工作  23-24
  参考文献  24-31
第二章 地震波特征周期的研究  31-59
  2.1 引言  31-34
  2.2 确定特征周期的各类谱曲线和判断准则  34-40
  2.3 简谐激励下的弹塑性响应谱分析  40-50
  2.4 对地震力调整系数谱极值性质的一个解释  50-51
  2.5 地震波信息及其特征周期T_(ga)和T_(gR)  51-56
  2.6 本章小结  56-57
  参考文献  57-59
第三章 未考虑P-△效应的地震力调整系数  59-85
  3.1 引言  59-60
  3.2 分析方法  60-63
  3.3 四类滞回模型的地震力调整系数  63-82
  3.4 本章小结  82-83
  参考文献  83-85
第四章 位移放大系数谱  85-99
  4.1 引言  85
  4.2 分析方法  85-87
  4.3 统计平均意义上的关于理想弹塑性滞回模型的位移放大系数  87-95
  4.4 超强系数的影响分析  95-96
  4.5 本章小结  96-97
  参考文献  97-99
第五章 中日欧美侧移验算比较和中震侧移计算  99-115
  5.1 引言  99
  5.2 各国地震作用下位移验算的比较  99-103
  5.3 延性地震力理论的一些结论  103-106
  5.4 中震弹塑性侧移与中震弹性侧移的关系  106-113
  5.5 本章小结  113
  参考文献  113-115
第六章 等强度延性反应的概率分析  115-129
  6.1 引言  115-118
  6.2 分析方法  118-120
  6.3 等强度折减系数下的延性需求谱的统计特性  120-127
  6.4 本章小结  127-128
  参考文献  128-129
第七章 考虑P-△效应的地震力调整系数  129-143
  7.1 引言  129-131
  7.2 分析方法和结构在地震作用下的动力失稳现象  131-134
  7.3 二阶效应对地震力调整系数的影响分析  134-141
  7.4 本章小结  141
  参考文献  141-143
第八章 弹塑性屈服强度需求系数谱  143-165
  8.1 引言  143
  8.2 间接法获得的弹塑性屈服强度需求系数谱  143-148
  8.3 直接法获得的弹塑性屈服强度需求系数谱  148-162
  8.4 本章小结  162
  参考文献  162-165
第九章 多自由度效应对地震力调整系数的影响  165-183
  9.1 引言  165-166
  9.2 分析方法  166-170
  9.3 多自由度体系的地震力调整系数和考虑多自由度效应时的修正系数  170-180
  9.4 本章小结  180-181
  参考文献  181-183
第十章 等延性屈服点谱YPS的研究  183-195
  10.1 引言  183-184
  10.2 分析方法  184-185
  10.3 考虑特征周期的屈服点谱  185-194
  10.4 本章小结  194
  参考文献  194-195
第十一章 本文工作的总结与展望  195-199
  11.1 本文工作的总结  195-197
  11.2 进一步工作的设想  197-199
附录A  199-215
附录B  215-216
致谢  216

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 抗震结构
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