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地震动作用下结构能量反应研究及能量法应用初步

作　者: 田启强
导　师: 王自法
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 单自由度体系 地震能量反应 地震总输入能 自抵耗系数 阻尼比 自由振动
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 125次
引　用: 2次
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内容摘要


基于最大位移反应首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则比较符合震害实际和试验结果,这是随着结构抗震理论的不断深入研究,目前对结构地震破坏比较常见的观点。采用能量耗散来描述结构的塑性累积损伤的方法,不但形式简单计算方便,而且又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是能够考虑到强震持续时间对结构破坏的影响。本文建立了单自由度体系(SDOF体系)在地震作用下的能量反应公式。通过对结构地震反应能量的计算,本文提出了自抵耗能和自抵耗系数的概念,并计算了SDOF体系在地震动作用下的地震总输入能、自抵耗能、输入能和自抵耗系数与体系自振频率和阻尼比的关系。结果表明:当SDOF体系自振频率等于地震动卓越频率时,自抵耗系数最小,地震输入能最大,结构的自抵耗能力较弱,且阻尼比对地震输入能的幅值影响较大;当自振频率远离地震动卓越频率时,自抵耗系数增大,地震输入能减小,结构的自抵耗能力增强,且地震输入能受体系的自振频率影响较大,基本上不受阻尼比的影响。关于能量法的应用初步方面,本文提出了一种基于能量守恒原理计算地基土阻尼比的方法。该方法考虑了完整的基础振动时程,不同于传统的时域阻尼比计算方法仅仅依据振幅的数值计算阻尼比,克服了传统对数衰减法对幅值测量精度要求很高的缺陷。对一动力基础进行了测试,计算结果表明:与对数衰减法对比,本文方法计算精度较高,抗干扰能力强,稳定性好,即便对于信号干扰比较大的情况,采用本文方法也能得到较好的结果。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 文献回顾与综述  11-15
    1.2.1 地震输入能及其分配研究  12-13
    1.2.2 地震动瞬时输入能量研究  13-14
    1.2.3 滞回耗能及其分布规律研究  14
    1.2.4 阻尼耗能研究  14-15
  1.3 极限状态抗震设计能量法  15-18
    1.3.1 地震动的合理选取  15-16
    1.3.2 地震动的输入能量及其分布估计  16
    1.3.3 结构耗能能力估计  16-18
第二章 单自由度体系非线性地震能量反应  18-46
  2.1 恢复力模型  18-23
    2.1.1 双线性恢复力模型  19-20
    2.1.2 拐折点处理方法  20-23
  2.2 逐步积分法  23-25
    2.2.1 线加速度法  23-24
    2.2.2 非线性分析的增量列式  24-25
  2.3 单自由度体系非线性能量反应研究  25-26
  2.4 单自由度体系非线性地震能量反应计算  26-40
    2.4.1 El Centro 波作用下SDOF 体系非线性地震能量反应  26-33
    2.4.2 台湾集集地震作用下SDOF 体系非线性地震能量反应  33-40
  2.5 多自由度体系的运动方程及最大滞回耗能理论探讨  40-46
    2.5.1 初始弹性变形阶段的运动方程  40
    2.5.2 塑性变形阶段的运动方程  40-42
    2.5.3 最大滞回耗能的理论计算方法探讨  42-46
第三章 地震总输入能自抵耗效应研究  46-56
  3.1 前言  46
  3.2 能量平衡方程  46-47
  3.3 影响地震输入能和自抵耗系数的结构参数分析  47-53
    3.3.1 自振频率的影响  48-51
    3.3.2 阻尼比的影响  51-53
  3.4 地震破坏程度差异的能量法解释  53-55
  3.5 小结  55-56
第四章 能量法应用初步之体系阻尼比识别  56-70
  4.1 前言  56-57
  4.2 传统对数衰减率法  57
  4.3 能量守恒法计算阻尼比的原理  57-59
  4.4 数值试验  59-68
    4.4.1 粘滞阻尼自由振动仿真  59-62
    4.4.2 地基阻尼比测试及计算  62-68
  4.5 小结  68-70
第五章 总结与展望  70-72
  5.1 总结  70-71
  5.2 展望  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
作者简介  76
攻读硕士期间发表的论文  76

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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