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地震作用下非弹性位移反应规律中若干问题的研究

作　者: 雷鑫
导　师: 傅剑平；白绍良
学　校: 重庆大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: R-μ-T规律滞回模型弹性位移谱非弹性位移比近断层脉冲效应框架结构等效单自由度位移反应规律
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

到目前为止,世界各国规范抗震设计方法仍然是基于R-μ基本原则,对结构所形成的塑性铰机构(延性能力)和强地震动作用下的位移进行有效控制,以保证结构在强地震动作用下的低倒塌概率的基本设计方法。各国研究者已对单自由度体系的R-μ-T规律作出了较为广泛的研究,得出的结论较为一致。但是,从各研究者采用“从R到μ”研究方法来看,对于新建和既有结构的评估的适用性不强,而且各研究者采用的滞回模型参数与实际结构的滞回特征存在较大出入。虽然,有些研究者也讨论过滞回模型对R-μ-T规律结果的影响,但是所用的滞回模型也仅仅是停留在理论上的模型,并没有考虑实际结构的力学特征。从目前各设计方法中可以看出,大震下的位移控制是目前结构实现的“大震不倒”性态目标的最有效的方式,基于此,各国国家规范和指导性文件都对大震下的结构的位移作出了较为严格的控制。国内外众多研究者针对结构的位移作出过较多研究,大多研究者都集中在结构的响应上,对位移的影响因素的研究较少。尤其是如何方便有效地对多自由度体系在多波输入下的位移反应规律进行识别的研究得更少。基于上述的研究大背景,本文主要对以下内容展开分析:①对单自由度体系R-μ-T规律的已有研究成果进行学习和理解,采用与以往研究手段不同的方法对已有的R-μ-T规律进行计算和验证;②采用更贴近实际钢筋混凝土结构的滞回模型,研究不同滞回模型对单自由度体系R-μ-T规律的影响;③针对单自由度体系的位移特征,采用不同的地面运动输入,分析影响单自由度体系弹性位移与非弹性位移比大小的主要因素;④针对现行规范中对近断层地面运动的考虑不足,采用所收集的近断层脉冲型地面运动,分析近断层脉冲型地面运动对结构反应的影响;⑤设计出周期不同的三榀框架,并将其等效为单自由度体系,考虑单、多自由度体系在多波输入下的位移反应规律,初步验证单自由度体系的位移反应规律在多自由度体系中的适用性。从上述研究工作中,本文可以初步得出以下结论:①短周期结构的延性需求普遍偏大,在地震力折减系数R较大时(R>2),几乎都超过混凝土结构的延性能力,这一点值得设计人员注意;②大多数情况下,实际三折线模型的延性需求都小于两折线模型,且小的幅度随着自振周期和地震力折减系数的增加而增大。当周期很长时,三折线模型计算得出的延性需求已经趋近于1.0,甚至小于1.0。因此,可以认为,Borzi和Elnashai得出的滞回模型对单自由度体系R-μ-T规律影响不大的结论是不合适的。在实际结构非弹性反应分析中,应考虑采用反映混凝土结构实际滞回特征的滞回模型,以获得更为真实的分析结果。③弹性位移反应谱的形状和谱值受震级和断层距的影响较大,震级越大,弹性反应谱的峰值越大,位移放大系数也越大,相应的峰值点周期也越长;弹性位移反应谱谱值随着断层距的增大而减小,但是位移放大系数随着断层距的增大而增大。④震级对结构的非弹性位移影响较为明显,尤其是当震级较大且地震力折减系数较大时,对中等周期结构的非弹性位移影响最明显,而断层距对结构的位移影响相对较弱。⑤近断层脉冲型地震动对结构的弹性和非弹性反应都影响显著,脉冲型地面运动会增大中长周期结构的强度、位移及延性需求。⑥单自由度体系的位移反应规律在多自由度体系中基本适用,即使单自由度体系位移反应较大的地面运动在多自由度体系中的位移也较大,可以借鉴单自由度体系的位移反应来近似估计多自由度体系的位移。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
1 绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-16
  1.2 本文主要研究内容  16-17
2 单自由度体系的 R-μ-T 规律  17-47
  2.1 引言  17
  2.2 国内外的研究成果  17-24
    2.2.1 Newmark 和Hall  17-18
    2.2.2 Nassar 和Krawinkler  18
    2.2.3 Vidic、Fajfar 和Fischinger  18-19
    2.2.4 Miranda 和Bertero  19-20
    2.2.5 Borzi 和Elnashai  20-21
    2.2.6 卓卫东和范立础  21-22
    2.2.7 翟长海和谢礼立  22-23
    2.2.8 吕西林和周定松  23-24
  2.3 国内外单自由度体系R-μ-T 关系的研究成果评述  24-25
  2.4 本文R-μ-T 规律研究中对输入地震动及结构模型的考虑  25-30
    2.4.1 输入地面运动的选取  25-27
    2.4.2 结构模型及动力参数选取  27-30
  2.5 单自由度体系R-μ-T 规律验证分析  30-37
    2.5.1 本文计算的R-μ-T 规律  30-32
    2.5.2 不同地面运动输入下的谱曲线对比分析  32-35
    2.5.3 两折线模型计算结果与其他研究者的R-μ-T 关系对比分析  35-37
  2.6 滞回模型对R-μ-T 规律的影响  37-45
    2.6.1 本节所采用的单自由度体系模型及计算方法  37-42
    2.6.2 不同滞回模型的R-μ-T 规律对比  42-45
  2.7 本章小结  45-47
3 单自由度体系的位移分析  47-75
  3.1 引言  47-48
  3.2 关于位移谱的几个问题  48-51
    3.2.1 传统的位移计算方法  48
    3.2.2 弹性位移谱的研究现状  48-50
    3.2.3 EC8 位移反应谱  50-51
  3.3 单自由度体系的弹性位移反应谱  51-65
    3.3.1 平均弹性位移反应谱  51-53
    3.3.2 考虑地震分组的平均弹性位移反应谱  53-55
    3.3.3 震级对弹性位移反应谱的影响  55-58
    3.3.4 断层距对弹性位移反应谱的影响  58-60
    3.3.5 弹性位移谱特性分析  60-65
  3.4 单自由度体系的非弹性位移比  65-74
    3.4.1 本文计算的非弹性位移比谱  66-68
    3.4.2 考虑地震分组的等强度位移比谱  68-70
    3.4.3 影响非弹性位移比的主要因素  70
    3.4.4 震级对等强度位移比谱的影响  70-72
    3.4.5 断层距对等强度位移比谱的影响  72-74
  3.5 本章小结  74-75
4 近断层脉冲型地震动对单自由度体系反应的影响  75-97
  4.1 引言  75-76
  4.2 近断层地震动的脉冲特性  76-79
  4.3 本章所用地面运动的选取  79-81
  4.4 近断层脉冲型地面运动对单自由度弹性反应谱的影响  81-86
    4.4.1 近断层脉冲型地面运动对加速度反应谱的影响  81-85
    4.4.2 近断层脉冲型地面运动对弹性位移反应谱的影响  85-86
  4.5 近断层脉冲型地震动对非线性反应的影响  86-96
    4.5.1 近断层脉冲型地震动对延性需求的影响  86-90
    4.5.2 近断层脉冲型地震动对非弹性位移的影响  90-96
  4.6 本章小结  96-97
5 单、多自由度体系位移规律分析  97-121
  5.1 引言  97-98
  5.2 分析采用的思路  98-99
  5.3 分析采用的程序简介  99-104
    5.3.1 程序采用的框架梁、框架柱恢复力特性简介  99-101
    5.3.2 梁、柱屈服轨迹的确定  101
    5.3.3 构件的滞回曲线特征参数确定  101-104
  5.4 地震地面运动的选取与标定  104-106
    5.4.1 本章选用的地面运动  104-105
    5.4.2 地面运动的标定  105-106
  5.5 单、多自由度体系设计  106-109
  5.6 分析结果统计  109-119
  5.7 本章小结  119-121
6 结论与展望  121-125
  6.1 本文得出的主要结论  121-123
  6.2 对后续工作的展望  123-125
致谢  125-127
参考文献  127-133
附录  133-146
  A 本文所用脉冲型地面运动的时程及反应谱  133-146
  B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  146

地震作用下非弹性位移反应规律中若干问题的研究

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