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《基于滞回耗能的抗震结构最大位移反应_肖明葵》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、2003年3月重庆大学学报Mar.2003第26卷第3期JournalofChongqingUniversityVol.26No.3文章编号:1000-582X(2003)03-0133-05基于滞回耗能的抗震结构最大位移反应1121肖明葵,白绍良,赖明,刘纲(1.重庆大学土木工程学院,重庆400045;2.建设部科技司,北京100018)摘要:以简化为单自由度体系的结构在地震作用下的滞回耗能特性为基础,讨论单自由度体系在短持时脉冲型、中等持时多频谱型以及长持时型等3种不同类型地震波作用下的一周加载循环中的最大滞回耗能增
2、量与体系非弹性最大位移反应的关系,提出基于结构滞回耗能特性的结构非弹性最大位移反应的简化计算公式,并指出简化公式的适用范围。由分析可知,当一周最大滞回耗能增量在总滞回耗能量中所占比例在50%～80%之间时,结构可能产生冲击型破坏,可仅由最大位移反应和一次循环最大滞回耗能增量作为评估结构的抗震性能的指标。若最大一周滞回耗能增量在整个地震地面运动作用时程的总滞回耗能中所占百分比太小,体系可能产生累积损伤破坏,应考虑结构滞回耗能总量,滞回耗能总量是分析结构累积损伤的重要参数之一。关键词:滞回耗能增量;抗震结构;非弹性位移反应;
3、破坏类型中图分类号:TU352文献标识码:A地震动对结构的作用过程实际上是能量的输入、1抗震结构的能量平衡方程转化与耗散的过程。早在50年代,Housner就提出了结构能量反应分析的观点及方法。50年来,能量分析在地震地面运动作用下,单自由度体系的动力方理论及方法的研究又得到了进一步的发展,这期间,最程为:[1][2][3]具代表性的是Akiyama、Bertero以及Fajfar等人m¨x+c﹒x+F(x)=-m¨xg关于能量谱以及基于能量的极限设计方法研究。但由式中,m和c分别为体系的质量和阻尼系数,F(x)为于抗震
4、结构的能量分析,尤其是结构的滞回耗能分析体系的滞回恢复力,¨xg是地震地面运动加速度,¨x和涉及因素众多,与结构基本周期,滞回模型,位移反应﹒x分别为体系的加速度和速度反应。将式(1)等式两和位移偏移程度以及地震动能量分布、卓越周期等都端各项在(o,t)时程内的质点相对位移上积分可得体有很大的相关性,使得问题十分复杂,迄今都未能在工系的能量反应方程为:程上得到应用。目前“基于性能的抗震设计”思路的提ttt∫m¨xdx+∫c﹒xdx+∫F(x)dx=出,要求有明确的结构抗震性能目标,结构在地震作用000期间的最大位移响应和
5、能量耗散能力是同等重要的2t-∫m¨xgdx(2a)个方面,均应属于性能目标范畴。有研究者指0[4-5]或写为:出:结构在地震作用下的位移反应与结构在一周ttt循环加载下的最大输入能量有对应的关系,可以用1∫m¨x﹒xdt+∫c﹒x2dt+∫F(x)﹒xdt=000周最大输入能量增量作为指标计算结构最大位移,这t一研究似乎又为能量分析方法找到了新的出路。但事-∫m¨xg﹒xdt(2b)0实上这一研究的对应关系不是对于每种类型地震波下式(2)可简写为:Ek+ED+Eh=El(3)的结构都成立的,应区别不同类型地震波作进一步
6、分[6]其中,Ek,ED,Eh分别为结构的动能、阻尼耗能及辨处理,并且,与结构最大位移有良好对应关系的滞回耗能,EI为地震动总输入能,式(3)称为能量平衡应是体系的最大滞回耗能增量,因此,拟建立不同类型方程式。若将式(2)的积分区间取为分别出现两个同地震动下单自由度体系基于最大滞回耗能增量的最大位移反应简化公式,并讨论公式的适用范围。收稿日期:2002-10-12作者简介:肖明葵(1952-),女,重庆人,重庆大学教授,主要从事建筑结构抗震动分析研究。134重庆大学学报2003年向的位移峰值点之间的时间间隔,即图1所示的
7、一次循环加载的时间间隔,则可以定义一周循环能量增量为:t+Δtt+Δtt+Δt∫m¨xdx+∫c﹒xdx+∫F(x)dx=tttt+Δt∫-m¨xgdx(4)t式(4)可简写为:ΔEI=ΔEk+ΔED+ΔEH对于弹性体系,Δt是一个确定值,等于体系的自振周期,但对于弹塑性体系,例如钢筋混凝土结构,Δt在结构进入开裂甚至屈服的塑性变形过程后,由于体系基频改变,则为一个变化值。式(4)表明,在一个周期循环加载过程中,地震动输入到结构的总输入能量增量与结构中图2体系的恢复力模型的总耗能增量相平衡。为近场短持时脉冲型、中等持时有
8、(无)明显卓越周期的不规则(多频谱)地面运动和长持时有(无)明显卓越周期[6]地面运动几大类型。笔者选择了以上几种地面运动作为输入进行分析,限于篇幅,仅以图3表示几种典型地面运动,其中图3(a)为近场短持时脉冲型地震动;图3(b)、3(c)和3(d)分别表示具有明显卓越周期和无明显卓越周图1Δt的定义2结构参数及地震
