基于地震能量輸入歷程的RC框架損傷研究.pdf

1、性能化設(shè)計(jì)是目前工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題，在基于性能的抗震設(shè)計(jì)中，性能目標(biāo)的確定是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，即如何定義一組有限的破壞狀態(tài)，而對結(jié)構(gòu)的損傷提出一個(gè)可以量化的指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)這一基礎(chǔ)與關(guān)鍵的前提。論文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于地震波非平穩(wěn)能量特征的RC框架結(jié)構(gòu)損傷量化研究”為依托，以地震波能量輸入歷程特征為依據(jù)，著重在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究工作:
　　 1.地震波的復(fù)雜之處在于它的非平穩(wěn)特性，而該特性可以被理解為地震動(dòng)能量在

2、頻域和時(shí)域上的不均勻分布，不均勻分布中的能量集中對結(jié)構(gòu)響應(yīng)非常不利。小波分析由于其良好的局部化特性和彈性的時(shí)一頻窗特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于地震波模擬、工程振動(dòng)的響應(yīng)分析等領(lǐng)域中。本文從地震能量分析入手，闡述了應(yīng)用小波工具計(jì)算地震波能量的方法，并提出了平均能量密度的概念。通過對臺灣1999年集地震中130條地震波的統(tǒng)計(jì)，得到了地震頻帶平均能量密度，有效持時(shí)等參數(shù)與場地土、震中距及分布時(shí)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。
　　 2.以瞬時(shí)輸入能量在時(shí)間軸上的

3、分布特征（瞬時(shí)輸入能量時(shí)變特征）來描述地震能量輸入歷程的特點(diǎn)，提出了一種能夠模擬瞬時(shí)輸入能量時(shí)變特征的數(shù)學(xué)模型。建立了瞬時(shí)輸入能量時(shí)變特征與結(jié)構(gòu)總輸入能、最大瞬時(shí)輸入能及瞬時(shí)輸入能反應(yīng)持時(shí)三個(gè)參數(shù)的關(guān)系。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到了線性單自由度結(jié)構(gòu)體系基于能量參數(shù)的結(jié)構(gòu)位移歷程求解方法。56條波算例對比分析表明該方法在模擬彈性結(jié)構(gòu)的幅值反應(yīng)和持時(shí)反應(yīng)上具有較好的準(zhǔn)確性，同時(shí)利用模擬的瞬時(shí)輸入能時(shí)變特征也能延伸應(yīng)用于多層彈性結(jié)構(gòu)體系的分析。

4、　　 3.以彈塑性結(jié)構(gòu)體系為對象，討論了單自由度結(jié)構(gòu)延性系數(shù)及多自由度結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展程度對總輸入能、最大瞬時(shí)輸入能以及能量增長持時(shí)三個(gè)地震能量輸入歷程特征參數(shù)的影響。提出了根據(jù)結(jié)構(gòu)彈性總輸入能量譜、最大瞬時(shí)輸入能量譜及彈性能量增長持時(shí)譜求得具有不同延性系數(shù)彈塑性結(jié)構(gòu)三參數(shù)譜的方法。
　　 4.根據(jù)以往結(jié)構(gòu)損傷模型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種既能夠描述結(jié)構(gòu)地震損傷位移首超破壞又能夠描述結(jié)構(gòu)累積損傷破壞的損傷模型。并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法討論了總輸

5、入能、最大瞬時(shí)輸入能、能量增長持時(shí)、延性系數(shù)、名義強(qiáng)振次數(shù)以及最大瞬時(shí)輸入能比6個(gè)參數(shù)與結(jié)構(gòu)位移損傷、退化損傷、總損傷以及位移損傷比之間的相互關(guān)系。
　　 5.基于本文提出的損傷模型并利用擬力法為工具，結(jié)構(gòu)能量指標(biāo)為橋梁提出了一種確定結(jié)構(gòu)的局部損傷及整體損傷的估計(jì)方法。通過一個(gè)單層單跨的算例分析表明地震過程中形成的塑性鉸損傷是框架結(jié)構(gòu)地震損傷的根源，因此，控制塑性鉸區(qū)域在地震往復(fù)作用下的強(qiáng)度衰減，減小塑性鉸區(qū)域在震后的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)量