發(fā)布時(shí)間：2019-12-06 14:59

【摘要】：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(duì)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(guó)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(duì)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(guò)對(duì)臺(tái)灣1999年集集地震中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(chǎng)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)間軸上的分布特征（瞬時(shí)輸入能量時(shí)變特征）來(lái)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(guò)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(duì)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。 3．以彈塑性結(jié)構(gòu)體系為對(duì)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(duì)總輸入能、最大瞬時(shí)輸入能以及能量增長(zhǎng)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(zhǎng)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)方法討論了總輸入能、最大瞬時(shí)輸入能、能量增長(zhǎng)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(guò)一個(gè)單層單跨的算例分析表明地震過(guò)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)量是控制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震損傷的關(guān)鍵。 6．以結(jié)構(gòu)輸入能歷程特征的數(shù)學(xué)描述模式為基礎(chǔ)，通過(guò)建立結(jié)構(gòu)變形能耗散歷程的簡(jiǎn)化描述模型，并基于該簡(jiǎn)化模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行往復(fù)推覆分析。分析表明基于變形能耗散歷程的往復(fù)推覆分析方法在描述結(jié)構(gòu)地震損傷主要參數(shù)時(shí)具有較好的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)無(wú)損結(jié)構(gòu)與已損結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行單向推覆分析來(lái)替代結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析，從而獲得結(jié)構(gòu)損傷求解的簡(jiǎn)化方法。
【圖文】：

大多以結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性效應(yīng)與抗力間的相對(duì)關(guān)系來(lái)描述結(jié)構(gòu)的損傷（圖1.2），模型的合理性取決于這種描述與結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理間的統(tǒng)一性，即能否綜合反映地震動(dòng)強(qiáng)度、持時(shí)和頻譜特性對(duì)結(jié)圖 1.2 損傷量化模型的基本特征7

圖 1.3 地震波能量時(shí)頻分布示意圖 圖 1.4 地震波能量衰減簡(jiǎn)化模型5 結(jié)構(gòu)損傷量化研究近年來(lái)隨著小波分析理論在地震工程中的應(yīng)用[50~54]，研究者們逐漸認(rèn)識(shí)到波的復(fù)雜之處在于它的非平穩(wěn)特性，該特性可以理解為地震能量在頻率和時(shí)的不均勻分布[25][55]（圖 1.3），因此，可以從地震波能量的分布特征來(lái)理解運(yùn)動(dòng)參數(shù)的特點(diǎn)。研究表明，能量峰值（圖 1.3 中的尖點(diǎn)）是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的本質(zhì)原因[25]，這可以理解為該時(shí)刻高量值的能量脈沖所致，那么能量沿時(shí)間軸的衰減過(guò)程必然影響結(jié)構(gòu)的反應(yīng)歷程（圖 1.4）。因此，地震波的效應(yīng)可以理解為地震能量沿時(shí)間軸的衰減過(guò)程，但由于能量在頻率軸上的不分布，不同頻率上的能量衰減規(guī)律有所不同，即地震波的持時(shí)效應(yīng)是一個(gè)與有關(guān)的變量。地震波的頻譜特性則決定了能量峰值出現(xiàn)的頻率段，而調(diào)幅是改變能量時(shí)頻分布模式的前提下調(diào)整地震波的能量強(qiáng)度。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU375.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2570426