泛旗帜型滞回模型的弹塑性位移谱及其应用

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在基于位移的抗震设计方法中,准确合理的位移反应谱是设计的关键。位移反应谱分为弹性位移谱和弹塑性位移谱。与弹性位移谱相比,弹塑性位移谱的设计结果更为准确。弹塑性位移谱的影响因素主要有震级、震中距、场地类别和滞回模型的种类等。随着设计理念由“抗震”向“消震”逐步转变,能够降低残余位移的自复位结构成为了研究的热点。自复位结构的滞回曲线呈现“旗帜型”特征,考虑到滞回模型对弹塑性位移谱的影响不可忽略,需要计算针对自复位结构的弹塑性位移谱。本文实现了泛旗帜型滞回模型的表示方法,对该模型的弹塑性位移谱采用周期标准化的方法降低了谱值的离散性,主要研究内容如下:将“旗帜型”曲线一般化,使其通过设置不同的模型参数可同时表示双线性滞回模型,称该滞回模型为泛旗帜型滞回模型,编写了该模型的弹塑性位移谱程序。输入102条近断层脉冲地震动,建立了可考虑标准化周期、刚度比、延性系数、耗能系数影响的近断层地震动等延性位移谱。结果表明,刚度比在[0,0.20]区间变化对谱值的影响很小;谱值随标准化周期呈现先增大后减小的趋势且最终趋于常值,谱峰值对应的标准化周期约为1。增加耗能系数可以减小位移,且耗能系数在[0,1]区间的位移控制效果较好。将269条远场地震动根据场地类别分为三类,建立了与场地类别、标准化周期、延性系数和耗能系数相关的远场地震动等延性位移谱。标准化周期小于0.75时,谱值与延性系数呈正相关,其后相关关系相反;当延性系数取值大于4后,其对谱值的影响可以忽略。在周期标准化后,二、三类场地谱值较为接近,而一、二类场地谱值在小周期范围差异较大。介绍了将多自由度体系等效为单自由度体系的方法,采用文中的弹塑性位移谱对某5层自复位支撑结构进行基于位移的抗震设计。将设计结果输入到Open Sees软件中进行有限元模拟,比较顶点位移响应与设计目标位移之间的大小关系,验证了设计的准确性。在完成上述研究内容后,可使用文中的标准化弹塑性位移谱对泛旗帜型滞回模型的各类结构进行抗震设计。
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