基于改进的滑移型滞回模型的木结构减震设计研究

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地震是人类所面临的最严重的自然灾害之一,常常给人类带来毁灭性的灾难。随着结构设计人员对地震运动以及地震反应特点的不断认识,建筑结构抗震理论分析和结构设计方法也在不断发展完善。基于力的设计理论已应用于各国结构设计规范,但是基于力的设计适用于结构处于弹性状态,而实际上结构遭遇罕遇地震时,结构进入弹塑性状态,该方法不再适用。基于性能的结构设计方法应运而生,这一领域需要做大量的研究工作。本文从木结构滑移滞回模型入手,进行直接基于位移的减震设计方法研究,主要的研究内容和结论如下:(1)本文描述了5种常用的木结构滞回模型,它们均考虑了木结构的捏拢效应以及强震下木结构高度的非线性。根据现有的研究条件本文采用改进的PR模型进行直接基于位移的减震设计方法研究。(2)考虑单自由度结构,对其附加金属软钢阻尼器,通过耗能分析计算得到单自由度结构体系的等效阻尼比、等价刚度和等效周期的显式表达式。计算了5种不同周期的单自由度结构体系分别作用20种金属软钢阻尼器和9条实测地震波进行位移预测。结果表明,预测结果与结构周期相关,结构周期为1秒时,预测值与时程分析值最为吻合,同时每条地震波的预测值的标准差也最小。随着结构周期的增加,预测效果逐渐变好。周期继续增加预测效果变得离散,预测值偏大。但整体预测值偏大,用于结构设计安全系数稍高。对于各条地震波作用下的预测值的标准差也有同样的规律。随着结构延性系数的增加,预测效果逐渐变好,离散性变小。(3)提出了直接基于位移的滑移型滞回模型的减震设计方法,该方法不需要多次的迭代计算就可以计算出设计金属软钢阻尼器的相关参数。考虑5层和10层的结构共计30种,其结构参数在一定范围内随机生成,分别作用4类地震波共计34条进行时程分析验证。结果表明,该方法能有效地将结构的层间位移限制在设定的目标值上。(4)层剪切系数的分布对本文提出的设计方法中起着重要作用。本文对比了日本规范和中国规范层剪切系数分布模式对本文设计方法的影响,结果表明,日本规范层剪切系数A_i分布在本文设计方法中表现出良好的性能。(5)本文统计了多自由度结构算例各层的残余变形,结果表明结构残余变形随着峰值位移的增加而增大。通过使用耗能阻尼器来限制结构的最大变形,可以显著地减少残余变形。
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