浅谈能量法在抗震设计中应用

《浅谈能量法在抗震设计中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅谈能量法在抗震设计中应用摘要：地震灾害严重威胁着人类的生存和发展。目前在结构抗震设计中采用的强度、延性、减震隔振和结构振动控制设计原理都可以从能量的观点出发得到合理的解释。关键词：时程分析、恢复力模型、能量Abstract：earthquakedisasteraseriousthreattohumansurvivalanddevelopment・Atpresentinstructuralseismicdesignwiththestrengthandductility,dampingvibrationisolat

2、ionandstrueturalvibrationcontroldesignprinciplecanbefromtheviewpointoftheenergygetreasonableexplanation.Keywords：timehistoryanalysis,restoringforcemodelandenergy中图分类号：TU973+.31文献标识码：A文章编号：1引言近年来由于地震学的发展以及人们对地震自然现象认识的提高，地震工作学者逐渐应用新的，更合理的参数研究地震的动衰减规律，地震动能量谱法被认为

3、是最有希望的代表地震潜在破坏机制的参数。能量概念的分析和设计方法不但能较好的反应结构在强震作用下的全过程和其自身的弹塑性性能，而且能量反应及其转化概念明确，形式简单，包括了多种设计因素的影响，具有明显的优越性。2基本原理建筑结构由地震引起的振动反应称为建筑结构的地震反应，它包括地震在结构中引起的内力、变形、位移、速度和加速度，结构的地震反应通过结构动力学方法求解。结构的地震反应是一种动力反应，反应的大小不仅与外部的激励的特性（如受地震作用，特性主要为地震持时、频谱特性以及振幅）有关，而且与结构本身的动力特性有关，

4、即结构的刚度和阻尼。由于地震地面运动是一种随机过程，运动极不规则，而建筑结构为各种构件组成的空间体系，其动力特性相当复杂，故由地震引起的结构振动是一种复杂的空间振动。在进行分析时，需作一些假定和简化。2.1时程分析法时程分析法是对结构振动方程直接进行逐步积分求解的一种动力方法。该法可求得弹性或弹塑性结构随时间变化的位移、速度和加速度等动力反应，进而可求得结构以及构件的内力时程变化关系。单自由度体系地震反应方程为：式中，m、c和k分别为单自由度结构的质量、阻尼和刚度，为地震地面运动加速度。将上式转变为增量形式：按增

5、量法进行结构弹塑性时程分析主要步骤如下：(1)确定结构的计算模型；(2)确定结构或构件的弹塑性回复力特性，从而确定结构的刚度；(3)合理地选择地震波，使其与场地可能发生的地震动在动强度、谱特性和持续时间三要素方面尽可能相适应；(4)选择合理的数值解法；(5)以时刻终态作为下一个时刻初始状态，逐步积分可求出地震反应时程曲线。2.2结构计算模型目前较为精确地计算模型为杆系模型，如图四所示。在这种模型中以杆件作为基本计算单元，而将质量集中于框架的各个结点。这种模型适用于强柱弱梁的框架结构，它可以求出地震中各杆逐渐开裂并

6、进入塑性阶段的过程以及整个结构的影响。图1：杆系模型2.3双线型恢复力模型恢复力是结构或构件在承受外力产生变形后企图恢复到原有状态的抗力。恢复力与变形的力学关系曲线称为恢复力特性曲线，由于该曲线具有滞回特性，因此也称为滞回曲线。该曲线概括了结构或构件的刚度、强度、延性、耗能等力学特性，滞回环面积可衡量结构或构件吸收能量的能力。在弹性阶段，力与变形符合胡克定律，因此恢复力特性曲线为直线。在弹塑性阶段，力与变形关系比较复杂，其滞回曲线包括两大要素，即骨架曲线和滞回环线。在正反交替的反复荷载作用下，恢复力特性曲线形成很

7、多滞回环线，把各滞回环线的顶点连接起来，即形成骨架曲线。因此骨架曲线为滞回环的外包线，一般与单调加载的力-变形曲线相接近。本文选用双线型恢复力模型，如下所示：图2•双线型恢复力模型2.4选取地震波常用的天然地震记录有EI-centro波、Taft波、天津波等。本文选用EI-centro波进行单自由度结构的能量分析。2.5Newmark—B法Newmark一B法是一种广义的线性加速度法，在有关地震时程分析的书籍中均有详细论述，本文不再论述。2.6输入单自由度结构的能量对某个单自由度结构体系作用一个地震波，结构在地震

8、波的作用下发生振动，取很小的时间段，此时可认为结构的速度不变为，作用在结构上的地震波的加速度为，结构的质点质量为m,则在内输入结构的能量为，因此在t段时间内地震波作用结构的总能量为3实例分析定义单自由度结构A,线性结构与非线性结构，结构质点的质量为14120Kg,高度H均为3.6m,弹性刚度均为8.5X107N/m,结构的阻尼比均为0.05o屈服位移假定为0.0001m,