RC框架结构直接基于位移抗震设计理论中相关计算模型和方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zoufan20007
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
地震的发生和地震的强度具有高度不确定性,现行建筑抗震设计规范采用了多地震水平和多设防目标的抗震设计思想,但这些方法仍属于基于力的弹性设计方法,难以全面考虑结构进入非线性阶段后的损伤破坏及性能变化,因此近年又提出了基于位移的抗震设计方法。基于位移的抗震设计方法通过限制结构在不同地震水平下的侧向位移,实现对地震下结构性能的控制,是下一代结构抗震设计规范的发展方向。然而,对于多层、多跨的钢筋混凝土(RC)结构,早期基于位移抗震设计方法通常需在完成初步设计后通过地震作用下的位移验算经多次迭代确定结构最终设计内力和配筋,无法直接进行设计,不便于实际应用,为此学者们随后提出了直接基于位移的结构抗震设计方法。直接基于位移的结构抗震设计方法是按照预先设定的侧向位移曲线将非线性多自由度(MDOF)结构转化具有较高等效阻尼和等效周期的线性单自由度(SDOF)结构,结合拟静力非线性分析基本原理确定目标位移下的地震作用,然后对预设位移下的结构进行内力计算,最后根据计算结果进行配筋设计。直接基于位移的钢筋混凝土结构抗震设计方法较适用于侧向变形以第一振型为主的中低层结构。对于RC框架结构,目前直接基于位移的抗震设计方法尚有很多不足,主要体现在:①既有研究采用的等效阻尼比模型多是直接通过单自由度体系使用简化滞回模型分析得到的,不能充分反映结构的整体非线性特征;②既有方法采用的侧向位移曲线通常是固定形式的,没有考虑实际结构在侧向荷载下随塑性铰数目增加、非线性程度加深而导致的曲线形式变化;③结构出现塑性铰后,没有按照预期的侧向变形使用合理的力学方法进行内力计算,从而难以考虑结构各楼层侧向位移与设定的侧向位移分布一致。本文针对上述问题,对直接基于位移的RC框架结构抗震设计方法进行了深入研究。主要研究内容和结论如下:(1)提出了结构整体等效阻尼比模型。基于现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2016)建立了 66个具有不同楼层数、不同跨度和不同抗震设防能力的中低层钢筋混凝土框架结构模型,采用OpenSees软件对其中以延性方式破坏的结构进行单向和往复推覆分析,研究了不同结构归一化整体滞回曲线的特征,提出了统一的整体滞回环计算公式,基于等能量原则建立了结构整体等效阻尼比模型;对所筛选的结构进行弹塑性动力时程分析,以动力时程分析的最大位移为基础对整体等效阻尼比模型进行修正。算例分析表明,采用修正后的整体等效阻尼比模型对结构进行拟静力非线性分析,得到的结构顶点最大位移与多条地震激励下由非线性时程分析得到的结构平均最大位移基本一致,所提阻尼比模型可以更好的反映结构整体耗能特性,能够用于中低层RC框架结构直接基于位移的抗震设计。(2)提出了能描述结构由弹性到弹塑性不同损伤状态的侧向位移分布计算模型。对所建立的66个RC框架结构进行单向推覆分析,根据塑性铰出现的位置和次序,分析各结构的破坏机制,筛选出具有延性破坏模式的结构,分析其在不同损伤状态下的楼层侧向位移分布,分析表明,弹性阶段结构的侧向位移可使用其弹性第一振型近似预测,随结构损伤程度的加深,侧向位移逐渐偏离弹性第一振型;在此基础上提出了能反映结构由弹性到弹塑性不同损伤状态下侧向位移分布演化全过程的计算表达式。与结构弹塑性动力时程计算结果的对比分析表明,在不同最大层间位移角下,使用所提表达式得到的结构侧向位移分布曲线与动力时程分析得到的曲线基本一致,可为RC框架结构基于位移的多性能目标抗震设计奠定基础。(3)通过建立理想弹塑性钢筋混凝土框架结构内力计算模型,提出了地震下使计算的楼层侧向位移分布与设定的侧向位移分布一致的内力计算方法。根据地震作用下结构由弹性状态进入弹塑性状态的演化过程,将结构受力变形过程简化为水平荷载下弹性变形和增量塑性变形两阶段,在增量塑性变形阶段,基于塑性铰区域的弹性-完全塑性假定,将结构该阶段位移分解为增量水平荷载产生的位移与塑性铰抵抗弯矩产生的位移之和;采用结构力学方法对理想的弹塑性结构进行分析,以各楼层计算水平侧移分布与设定侧移分布之差最小为原则,计算各塑性铰处的弯矩。最后将两个阶段所得内力叠加得到结构各构件的内力。通过一算例结构给出所提内力计算方法的详细过程,使用计算所得结果确定该结构中塑性构件的承载力,并对其进行非线性分析,得到的侧向位移分布与规定侧向位移曲线基本一致,说明了所提方法的可行性。(4)实现了本文提出的模型和公式在RC框架结构直接基于位移抗震设计中的应用。综合使用提出的结构整体等效阻尼比模型、侧向位移分布模型和理想弹塑性钢筋混凝土结构内力计算方法,考虑不同水准地震作用下的多个性能目标,采用直接基于位移抗震设计方法对一 6层钢筋混凝土框架结构进行了多性能目标抗震设计。通过对所设计结构进行弹塑性动力时程分析,论证了提出的模型和方法的适用性和合理性;将直接基于位移抗震设计方法的设计结果与传统基于力的基底剪力法的设计结果进行了对比,并对设计结果的差异进行了分析和讨论。
其他文献
新材料是发展高端制造业的物质基础,是高新技术发展的先导。新材料的设计将有助于引领人们对物质性质的认识和应用向更深层次进军。近年来,基于密度泛函理论的第一性原理方法成为材料设计的重要基础,相关的理论和方法已经日渐成熟。具有优异的力学、热学、热力学性能的多功能材料是当今研究热点之一,并在机械加工、航空航天、精密仪器等诸多领域展现出良好的应用前景。从理论上设计具有优异的力学、热学和热力学性质的新型功能材
聚变能是解决人类能源问题的重要途径,其中材料问题是聚变堆关键问题之一。磁约束聚变堆中,高能量、高密度的氘氚等离子体不断进行聚变核反应,释放出高能量中子,诱导结构材料发生嬗变反应,生成大量杂质原子,杂质原子偏聚在晶界区域能够显著降低材料的力学性能。本论文基于密度泛函理论,从原子尺度上研究了金属钒和低活化钢中的晶界与杂质He原子的相互作用,阐明了 He原子在晶界上偏聚和扩散行为,以及低活化钢中晶界合金
在子流形理论中,子流形的几何与拓扑之间的相互制约关系始终是基本的研究课题,并且对理解几何与拓扑这两个领域都扮演着至关重要的角色.在本文中,我们主要研究了乘积流形中的极小子流形的几何刚性.本文包括了三部分内容且结构安排如下.在第二章中,我们证明了广义柱面Sn1(c)×Rn2中的紧致极小子流形的一系列拼挤定理.事实上,利用不同的几何不变量的Simons型公式,我们分别得到了关于第二基本形式模长的平方、
有机磷酸酯(OPEs)是一类新兴有机污染物,其多被用作阻燃剂、消泡剂及增塑剂等工业产品。由于OPEs是以非共价结合的方式添加到材料中,因此随着OPEs的大量使用,越来越多的OPEs被释放到周围环境中。水体是OPEs的一个重要的汇集区,通过污水管网及河流输入,大量的OPEs被排放到近岸海域中。目前,OPEs在不同营养级的近海生物体内均有检出,然而,OPEs在近岸海洋食物网中的污染水平、生物积累特征及
农村区域住宅为某镇或市或省尺度下的多个农村住宅构成,农村区域宅终端(供暖、炊事、家用电器、照明、生活热水)能耗的预测是探索针对区域农宅节能减排措施、完成高强度节能减排目标的重要基础。目前,缺少较全面的适用于北方农村的区域住宅终端能耗预测方法及模型,因此,本文重点研究了供暖与用电终端(含炊事)能耗预测方法及模型,炊事能耗预测方法与模型(除电炊事外)的研究为辅。传统供暖能耗预测模型的输入参数量大、所需
光学显微镜被广泛应用于细胞学、肿瘤学、遗传工程学及植物学等各领域的生物医学检测。传统高性能光学显微镜存在体积较大、价格昂贵且需要专业人员在实验室操作完成等不足,限制了显微检测技术面向个人用户及基层的现场检测应用。因此开发一种微米级分辨率、小畸变的便携式显微镜,满足现场实时检测的需求,具有重要的现实意义和广阔的应用前景。针对以上检测需求,光学透镜由于性能稳定、造价低廉且原理简单等优点被作为市面上商用
随着人类对世界探索的扩展与深入,所涉猎环境愈发复杂化和多样化,这对光电设备提出愈来愈多的挑战,传统理论所构建的仪器已趋于技术极限,人们进而研究开发新的技术,偏振技术便在近些年来应运而生。然而,相关技术研究不足却逐渐限制着偏振技术的发展,因此,亟需在关键技术研究方面有所进展。光在散射环境中传输时的偏振特性及其相关技术作为能够促进偏振技术发展的重要问题,近年来备受各国研究机构重视。在散射环境中,Mie
本文的研究内容分为以下两个方面.首先,探讨了有限群不变式中的超曲面问题.在研究有限群与其子群不变式的关系时,T-函子被证明是一有力工具.本文研究了T-函子对超曲面的作用.我们证明了在Steenrod代数上的不稳定代数范畴中,T-函子不会增加作用对象的嵌入维数.进而有T-函子在不稳定代数范畴内保持超曲面这一结论.从而可知如果有限群的不变式是超曲面,那么它稳定子群的不变式也是超曲面.反之则不然,本文给
风机基础结构在复杂荷载作用下的疲劳分析是海上风电场建设中的关键技术问题之一。对于海上风机三桩基础结构而言,其疲劳分析关键管节点为三平面Y型管节点,该节点为空间管节点,且在服役期承受多种疲劳荷载(如风、浪、流、水位、冲刷等),因此该节点的热点应力往往受反应叠加效应和多平面相互作用影响。各国规范和已发表文献中缺乏对复杂荷载同时作用下热点应力计算方法的系统探讨,也没有对多平面相互作用的定量结论,更没有适
随着我国经济不断加速发展,基础建设规模不断扩大,尤其在地质条件及其复杂的西南地区,其开发力度和建设规模都不断增加,许多大规模的地下洞室群开挖不可避免。岩体的开挖就会破坏其原有的力学平衡状态,受扰动岩体应力将会重新分布,从而会形成局部应力集中区域,导致围岩较大变形或者诱发一系列的地质灾害,如坍塌、岩爆等。其中,岩爆是脆性岩石地区高应力环境下开挖过程中产生的特殊破坏形式,其发生时伴随的强烈能量释放及围