基于性能的能量方法在高层结构抗震设计中的应用

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于性能的能量方法在高层结构抗震设计中的应用姓名：姜俊柏申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：李书进20081201摘要目前，结构的抗震性能设计思想也由传统的基于力的强度设计方法发展到基于能量的抗震设计方法。能量法概念明确，能够较好的反映地震动强度、频谱特性，特别是持时对结构破坏的综合影响，从输入能量和耗散能量的角度捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形历程，因此，对能量法的研究成为改进传统抗震设计方法的重要发展方向。近年来，国内外研究者对结构抗震设计的能量分析方法进行了大量研究，并取得了

2、初步成果，但仍然存在一些关键技术难题亟待解决和进一步完善。为此，本文以武汉世茂锦绣长江Ａ２地块１号楼３单元为例，依据相似原理和结构的静、动力特性等效原则，建立１：３０的模拟地震振动台模型，完成地震波加载和测试方案设计并针对结构抗震设计的能量分析方法进行了如下研究工作并得出一些初步结论：ｌ、对结构进行能量反应分析时，宜在选择地震动输入时考虑地震动三要素的综合影响。２、本文推导了多自由度结构的能量的增量求解公式，并编制了相关的程序，结合模型结构体系研究多自由度结构在地震作用下的能量反应。并通过实例对单自由度体系进行了能量

3、计算。３、通过振型分解法及算例证明了线性多自由度体系的总输入能等于其各阶等效单自由度总输入能之和，根据振型分解法推导了弹性多自由度系统与单自由度系统弹性地震输入能量间的关系。研究表明，Ｎ个自由度弹性系统的地震输入能量可表示为Ｎ个弹性单自由度系统弹性输入能量的线性组合，组合系数与多自由度系统的振型和质量分布有关。通过时程分析算例，以Ｔａｆｔ波输入验证了这种方法的正确性。算例结果表明，对于自由度较多的系统，可以只取前几阶振型计算即可得到足够精确的结果。４、提出了结构总输入能的简化计算公式。通过对结构地震反应能量的计算，综

4、合考虑地震动三要素和结构自身动力特性，分析了地震总输入能受各种因素影响的变化规律。５、最后采用Ｐａｒｋ．Ａｎｇ模型对结构损伤进行分析，说明了能量反应分析方法在地震反应与破损评估研究中的应用价值，分析表明用Ｄ值来评价结构的整体损伤是可行的。关键词：能量反应，动力时程分析，等效单自由度体系，总输入能量，地震破损指数５．Ａｔｌａｓｔ．ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄａｍａｇｅｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙｔｈｅＰａｒｋ—Ａｎｇｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｕｓｅｆｕｌｉｎｓｅ

5、ｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｃｔｕｒｅｄａｍａｇｅ．ＡｎｄｉｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｈａｔｏｖｅｒａｌｌｄａｍａｇｅｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄｗｉｔｈｄａｍａｇｅｉｎｄｅｘｏｆＤ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｓｅｉｓｍｉｃｅｎｅｒｇｙｒｅｓｐｏｎｓｅ；ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＳｉｎｇｌｅ－－Ｄｅｇｒｅｅ・－ｏｆ－ＦｒｅｅｄｏｍＳｙｓｔｅｍ；ｔｏｔａｌｉｎｐｕｔｓｅｉｓｍｉｃｅｎｅｒｇｙ；ｓｅｉｓｍｉｃｄａｍａｇｅｉｎｄｅｘ１１１独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研

6、究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：竺６：！！关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）口．１，≯Ｆ

7、Ｉ．矿ｂ、。武汉理ｌ：大学硕＋学位论文１．１引言第１章绪论地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害，它对人类社会的危害主要表现在两个方面：一是地震引起建筑物的破坏或倒塌将会导致严重的人身伤亡和财产损失，二是地震及其地震引起的水灾、火灾等次生灾害将破坏人类社会赖以生存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是世界上的多地震国家之一，强烈地震给我国人民带来的灾难尤为严重。就全国范围而言，历史上的地震灾害面积已达我国国土面积的一半以上，特别是近年来地震活动频繁，一些特大地震己给人类

8、社会带来了不可估量的经济损失，这就迫使人们不得不去深入研究土木工程结构的抗震设计理论和工程应用方法。目前世界各国的抗震设计规范大多数都以保障生命安全为基本目标，采用二级或三级设计思想，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防水准，据此制定了各种设计规范和条例。依此设计思想设计的各种建筑物在地震中虽然基本保证了生命安全，可以做到大震时主体结构不倒