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抗震损伤机制控制
的关键在于
控制结构的变形模式。
目标越简单,
手段越直观越好!

           
  摇摆墙-框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究    [返回]

申请清华大学工学博士学位论文
指导教师:叶列平 教授
二零一零年四月

 
>>> 全文下载(单击右键另存为,3.06Mb)北京: 清华大学, 2010. 页数: 212
 
    
    摘要

    强震下的损伤机制控制是保证建筑结构抗震安全的关键。本文在结构体系设计和抗震需求分析两个层次上系统地研究了摇摆墙-框架结构的抗震性能和基于损伤机制控制的抗震设计方法。主要研究工作和成果如下:
    1. 基于通用有限元程序ABAQUS开发了用于纤维截面杆系单元的钢筋与混凝土单轴本构滞回模型,通过与试验数据的对比,验证了该模型在模拟钢筋混凝土杆系结构非线性地震响应方面的合理性。
    2. 比较了动力弹塑性分析中常用的地震动记录选取方法,通过算例分析指出了结构在非线性响应阶段的等价周期对不同地震动记录选取方法效果的影响。建立了适用于评估不同建筑结构抗震性能的地震动记录选择集。
    3. 通过研究摇摆墙-框架结构的变形模式与摇摆墙刚度之间的关系,提出了确定摇摆墙刚度需求的实用方法;通过对典型工程的计算分析指出,摇摆墙-框架结构在不同地震动作用下变形模式能够得到有效控制,结构损伤沿楼层分布比较均匀,具有优越的抗震性能。在此基础上,提出了符合我国工程抗震设防要求,适宜在我国推广应用的摇摆墙-框架结构体系。
    4. 系统研究并完善了计算结构非线性地震峰值响应的等代结构法。首先,通过定性和定量地讨论结构主要参数的影响,基于大量非线性计算结果的统计分析,建立了新的能够全面反映主要参数影响的单自由度等价线性化模型。在此基础上,完善了等代结构法的计算流程和关键步骤,并通过算例分析指出,等代结构法能够比较准确的计算结构的非线性地震峰值响应,且具有适用性广,计算效率高等特点,适宜在工程抗震设计中推广应用。
    5. 以等代结构法为基础,提出了基于损伤机制控制的抗震设计方法。与现行规范方法相比,该方法可定量分析结构中具有不同抗震性能目标的构件在非线性地震响应阶段的抗震能力需求,以保证预期损伤机制的实现。通过将其分别用于钢筋混凝土框架结构和摇摆墙-框架结构的抗震设计算例,验证了该方法的合理性。
 
     
  目录      
  第1章 引言
  1.1 建筑结构的抗震损伤机制控制及意义
  1.2 本文研究的目的与内容
第2章 结构动力弹塑性分析中的若干问题研究
  2.1 杆单元数值模型
    2.1.1 钢材与钢筋的单轴本构
    2.1.2 混凝土的单轴本构模型
  2.2 数值模型的验证
    2.2.1 钢筋混凝土压弯构件的往复加载试验
    2.2.2 钢框架结构的振动台试验
    2.2.3 钢筋混凝土框架结构的振动台试验
  2.3 地震动记录的选取
    2.3.1 常用地震动记录选取方法
    2.3.2 按不同方法建立地震动记录选择集
    2.3.3 不同地震动记录选取方法的比较
    2.3.4 影响结构弹塑性地震响应及其离散性的因素
    2.3.5 对地震动记录选取的建议
  2.4 本文采用的地震动记录选择集
    2.4.1 EQ-10与EQ-22
    2.4.2 EQ-218
  2.5 本章小结
第3章 结构损伤机制控制原理
  3.1 损伤形式对结构抗震性能的影响
  3.2 常见结构体系的损伤机制
    3.2.1 框架结构体系
    3.2.2 剪力墙和框架-剪力墙结构体系
    3.2.3 支撑框架结构体系
    3.2.4 摇摆结构体系
    3.2.5 隔震结构体系
  3.3 损伤机制控制的基本原理
    3.3.1 控制结构的变形模式
    3.3.2 合理选择预期损伤部位
  3.4 本章小结
第4章 摇摆墙-框架结构体系
  4.1 概述
  4.2 摇摆墙的刚度需求
  4.3 摇摆墙-框架体系的受力特征
    4.3.1 分析算例
    4.3.2 与纯框架结构相比
    4.3.3 与框-剪结构相比
  4.4 摇摆墙-框架体系的工程实例
    4.4.1 加固方案
    4.4.2 加固前后结构的抗震性能
    4.4.3 构件的抗震性能需求
  4.5 实用的摇摆墙-框架结构体系
  4.6 本章小结
第5章 单自由度等价线性化模型
  5.1 建筑结构抗震设计方法综述
    5.1.1 能力设计法
    5.1.2 基于性能评估的抗震设计
    5.1.3 直接基于位移的抗震设计
    5.1.4 基于能量的抗震设计
    5.1.5 抗震设计中的结构分析方法
  5.2 现有典型的单自由度等价线性化模型
    5.2.1 割线刚度模型
    5.2.2 非割线刚度模型
  5.3 等价线性化参数的定性分析
    5.3.1 滞回模型的影响
    5.3.2 结构自振周期的影响
  5.4 等价阻尼比取值的定量分析
    5.4.1 等价阻尼比的计算流程与统计结果
    5.4.2 自振周期的影响
    5.4.3 延性系数的影响
    5.4.4 滞回模型的影响
    5.4.5 屈服后刚度的影响
  5.5 建议的等价线性化模型
  5.6 本章小结
第6章 多自由度体系的等代结构法
  6.1 等代结构法的基本流程
  6.2 等代结构法中的关键问题
    6.2.1 结构构件损伤程度的表达
    6.2.2 单自由度等价线性化模型
    6.2.3 多自由度体系等价模态阻尼比的集成
    6.2.4 振型分解反应谱法
    6.2.5 损伤部位延性系数的确定
  6.3 等代结构法的误差分析
    6.3.1 分析算例
    6.3.2 动力弹塑性分析
    6.3.3 动力等价线性化分析
    6.3.4 等价线性化的反应谱分析
    6.3.5 等代结构法
    6.3.6 等代结构法的总体误差
  6.4 等代结构法在实际结构中的应用
    6.4.1 近似考虑结构P-D效应的简化方法
    6.4.2 钢筋混凝土压弯构件的曲率延性
    6.4.3 G3教学楼算例分析
  6.5 扭转不规则结构算例分析
    6.5.1 分析算例
    6.5.2 分析方法
    6.5.3 分析结果
  6.6 双向地震动输入下混凝土框架结构的算例分析
    6.6.1 分析算例
    6.6.2 分析结果
  6.7 本章小结
第7章 基于损伤机制控制的抗震设计方法
  7.1 基本要求与实施流程
  7.2 框架结构的抗震设计
    7.2.1 预期损伤机制的设定
    7.2.2 “小震不坏”——多遇地震线弹性设计
    7.2.3 罕遇地震下预期损伤部位的变形能力设计
    7.2.4 罕遇地震下非预期损伤部位的承载力设计
    7.2.5 抗震性能验算
  7.3 摇摆墙-框架结构的抗震设计
    7.3.1 刚度设计
    7.3.2 多遇地震线弹性设计
    7.3.3 罕遇地震下预期损伤部位的变形能力设计
    7.3.4 罕遇地震下非预期损伤部位的承载力设计
    7.3.5 抗震性能评估
  7.4 本章小结
第8章 结论与展望
  8.1 主要结论
  8.2 研究展望
参考文献

致谢与声明
附录A 按不同方法建立的地震动记录选择集
附录B 本文采用的地震动记录选择集
附录C 能量加权平均的模态阻尼比与强迫解耦的等效性