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传统常周期抗震设计方法通常以弹性振动周期T作为基本设计参数,假定结构强度降低时其周期保持不变,即结构刚度与其强度无关,利用该方法对结构进行非弹性设计时,主要存在以下两方面缺陷:第一,在设计时需多次迭代才可达到结构性能目标,过程繁琐;第二,利用该方法设计的强度较低(强度折减系数Ry较大)结构,所得位移延性需求值不合理。因此,本文提出了一种新的基于位移抗震设计方法,即常屈服位移抗震设计方法。该方法假定:结构的屈服位移恒定,且结构刚度与其强度相关。基于这一假定,研究了结构延性需求与屈服位移之间的平均位移延性谱,建立了结构延性需求与其强度之间的相关关系,提出了常屈服位移抗震设计方法。与传统方法相比,该方法能够更真实地确定结构(预期强度已知)的位移延性需求值,更准确地计算满足特定性能目标所需强度值。本文主要研究工作如下:
(1)结构屈服位移的稳定性及常屈服位移抗震设计方法研究。通过Sap2000对悬臂梁以及平面钢框架进行Pushover分析,计算了不同尺寸悬臂梁构件受弯时的屈服位移,研究分析了不同强度,不同跨度,以及不同高度的平面钢框架屈服位移值的稳定性;引入了新的强度折减系数R*,并与折减系数Ry进行了比较,得出了常屈服位移抗震设计方法“等位移原理”的计算公式;给出了常屈服位移抗震设计方法详细的设计步骤及流程图。
(2)基于常屈服位移的单自由度结构动力反应分析。建立了SDOF结构基于Bouc-Wen模型的运动方程,并对SDOF结构在对称Ricker脉冲作用的位移响应进行了分析;利用Matlab编程分别求解了传统常周期方法和常屈服位移方法设计的两种不同SDOF结构在对称Ricker脉冲作用下的最大非弹性位移及位移延性需求值并进行比较;利用Sap2000对SDOF结构建模并进行了非线性动力时程分析。
(3)SDOF结构位移延性谱的研究。选取120条地震波和一系列具有不同屈服位移值的SDOF结构,利用Sap2000对所选结构建模并进行非线性动力分析,得出了结构延性需求与屈服位移之间的平均位移延性谱,并探讨了强度折减系数,场地类别,屈服后刚度系数对位移延性的的影响;给出了用于非线性抗震设计的R*-μ-uy,s拟合公式以及用于位移延性预估的μ-R*-uy,s拟合公式;
(4)多层钢框架结构基于常屈服位移的抗震设计。利用常屈服位移抗震设计方法设计了一个6层钢框架结构,通过对该结构进行线性静力分析及非线性动力分析,验证了该方法的可行性与合理性。
研究结果表明:结构屈服位移与强度以及跨度无关,与结构高度存在稳定关系;在设计过程中,以屈服位移作为基本设计参数更为合理;利用常周期方法设计的非弹性结构,Ry较大时,其位移延性需求值非常大且不合理,相比之下,常屈服位移方法设计所得结果是合理的;使用本文所得μ-R*-uy,s关系计算的位移延性值与通过Sap2000分析所得结果能较好吻合,利用μ-R*-uy,s关系计算结构位移延性需求值是可行的;利用本文所得R*-μ-uy,s关系(即常屈服位移设计方法)对结构进行非线性抗震设计,过程简单,容易实现,无需多次迭代,且利用该方法设计的结构可有效控制顶点峰值位移及最大层间侧移比。
(1)结构屈服位移的稳定性及常屈服位移抗震设计方法研究。通过Sap2000对悬臂梁以及平面钢框架进行Pushover分析,计算了不同尺寸悬臂梁构件受弯时的屈服位移,研究分析了不同强度,不同跨度,以及不同高度的平面钢框架屈服位移值的稳定性;引入了新的强度折减系数R*,并与折减系数Ry进行了比较,得出了常屈服位移抗震设计方法“等位移原理”的计算公式;给出了常屈服位移抗震设计方法详细的设计步骤及流程图。
(2)基于常屈服位移的单自由度结构动力反应分析。建立了SDOF结构基于Bouc-Wen模型的运动方程,并对SDOF结构在对称Ricker脉冲作用的位移响应进行了分析;利用Matlab编程分别求解了传统常周期方法和常屈服位移方法设计的两种不同SDOF结构在对称Ricker脉冲作用下的最大非弹性位移及位移延性需求值并进行比较;利用Sap2000对SDOF结构建模并进行了非线性动力时程分析。
(3)SDOF结构位移延性谱的研究。选取120条地震波和一系列具有不同屈服位移值的SDOF结构,利用Sap2000对所选结构建模并进行非线性动力分析,得出了结构延性需求与屈服位移之间的平均位移延性谱,并探讨了强度折减系数,场地类别,屈服后刚度系数对位移延性的的影响;给出了用于非线性抗震设计的R*-μ-uy,s拟合公式以及用于位移延性预估的μ-R*-uy,s拟合公式;
(4)多层钢框架结构基于常屈服位移的抗震设计。利用常屈服位移抗震设计方法设计了一个6层钢框架结构,通过对该结构进行线性静力分析及非线性动力分析,验证了该方法的可行性与合理性。
研究结果表明:结构屈服位移与强度以及跨度无关,与结构高度存在稳定关系;在设计过程中,以屈服位移作为基本设计参数更为合理;利用常周期方法设计的非弹性结构,Ry较大时,其位移延性需求值非常大且不合理,相比之下,常屈服位移方法设计所得结果是合理的;使用本文所得μ-R*-uy,s关系计算的位移延性值与通过Sap2000分析所得结果能较好吻合,利用μ-R*-uy,s关系计算结构位移延性需求值是可行的;利用本文所得R*-μ-uy,s关系(即常屈服位移设计方法)对结构进行非线性抗震设计,过程简单,容易实现,无需多次迭代,且利用该方法设计的结构可有效控制顶点峰值位移及最大层间侧移比。