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直接基于位移的抗震设计方法是一种全新的设计方法,它通过明确结构位移反应来实现结构性能。被动耗能减振装置可以辅助结构构件抵抗振动效应,有效提高结构的抗震性能。目前,结构构件设计是建立在可靠度基础上的,以此确保结构完成预定功能的概率。由上可知,直接基于位移理论、有控结构设计理论及可靠度理论都可以成为实现基于性能的结构抗震设计的理论依据。因此,把这三种理论结合起来,积极开展直接基于位移的抗震设计方法研究是非常有意义的。
本文主要进行了以下六个方面的研究工作:
1.考察了现有等效阻尼关系式的确定方法;在此基础上,根据弹性位移谱与相关的弹塑性位移谱最接近的原则,利用动力时程分析结果,针对不同的结构模型(双线性弹性模型、弹塑性模型和退化双线性模型),为直接基于位移的抗震设计方法建议给出了新的等效阻尼关系式。
2.按照地震动特征周期对选取的地震记录进行分组后,考察了其它阻尼比对应的谱位移值与5﹪阻尼比对应的谱位移值之比的变化特性,提出了该比值的计算关系式;考察了位移谱的特性,建立了标准化位移系数谱(位移谱/地震动峰值位移),它可适用于更长的周期(10秒)和更大的阻尼比(50﹪);研究给出了地震动峰值位移与地震动峰值加速度和特征周期之间的定量关系式。
3.探讨了大震下结构层间弹塑性最大位移角的概率特性;初步给出了结构层间极限变形角的概率特性;搜集了25幢现役钢筋混凝土框架结构的设计信息,根据变形破坏准则,考察了这些现役结构薄弱层的层间位移可靠度水平。
4.在直接基于位移的抗震设计方法基础上,将层间目标位移视为随机变量,以层间目标位移可靠度为依据,提出了直接基于位移可靠度的抗震设计思路;比较了基于位移和基于力这两种方法得到的设计剪力的物理特性,确定了设计剪力调整系数的关系式;着重探讨了层间目标位移代表值的确定方法;最后,总结提出了直接基于位移可靠度的抗震设计步骤。
5.在无控结构直接基于位移的抗震设计方法基础上,提出了安装粘滞消能器结构直接基于位移的抗震设计思路;通过分析安装粘滞消能器的有控结构在弹性和弹塑性阶段的运动方程,建议了该类结构对应的等效阻尼关系式;比较了基于位移和基于力这两种方法得到的设计剪力的物理特性,确定了该类结构设计剪力调整系数的关系式;最后,总结给出了该类有控结构直接基于位移的抗震设计步骤。
6.考察了大震作用下,安装粘滞和粘弹性消能器结构的薄弱层层间位移可靠指标与原无控结构薄弱层层间位移可靠指标、第一振型附加阻尼比和粘弹性材料损耗因子之间的定量关系;结合无控结构直接基于位移可靠度的抗震设计步骤,总结给出了安装速度相关型消能器结构直接基于位移可靠度的抗震设计步骤。