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弹性单自由度体系能量反应谱研究

建筑结构学报 2009年第S1期30卷 129-133页

作者：滕军董志君容柏生鲁志雄哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055 广州容柏生建筑工程设计事务所广东广州510180

根据反应谱计算理论得到了线性单自由度体系在地震作用下的输入能量谱、阻尼耗能谱、滞回耗能谱以及动能谱计算公式,通过数值计算得到了4种不同类别场地土条件下160条强震记录的输入能量谱,研究了输入能量谱的特点。研究结果表明,能量... 详细信息

根据反应谱计算理论得到了线性单自由度体系在地震作用下的输入能量谱、阻尼耗能谱、滞回耗能谱以及动能谱计算公式,通过数值计算得到了4种不同类别场地土条件下160条强震记录的输入能量谱,研究了输入能量谱的特点。研究结果表明,能量谱曲线可以分为3段,即短周期的上升段、中等周期的平台段和长周期的下降段。场地类别对能量谱平台段有一定的影响。最后,提出了描述输入能量谱的谱形状的3段式曲线方程,回归得到了输入能量谱的简化计算公式,验证了简化计算公式的合理性。

关键词：弹性单自由度体系能量反应谱场地简化计算公式

基于非线性能量反应谱的铅芯橡胶支座隔震系统研究

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基于非线性能量反应谱的铅芯橡胶支座隔震系统研究

作者：欧阳东琪湖南大学

学位级别：硕士

地震输入结构的能量绝大部分由基础隔震系统消耗。为了在确保罕遇地震作用下结构安全,同时充分发挥基础隔震系统效能,研究者必须精确快速地预测基础隔震系统的地震反应。本文采用Bouc-Wen非线性滞回模型模拟基础隔震系统,对基于Bouc-We... 详细信息

地震输入结构的能量绝大部分由基础隔震系统消耗。为了在确保罕遇地震作用下结构安全,同时充分发挥基础隔震系统效能,研究者必须精确快速地预测基础隔震系统的地震反应。本文采用Bouc-Wen非线性滞回模型模拟基础隔震系统,对基于Bouc-Wen非线性滞回模型的能量谱,以及应用非线性能量谱进行橡胶支座隔震系统的反应分析方法进行了研究,其研究工作如下：1)采用Bouc-Wen非线性滞回模型模拟基础隔震系统,建立单自由度基础隔震结构模型,基于龙格库塔方法推导能量反应时程分析和非线性能量谱公式,并便用Matlab编写时程和能量谱分析计算程序。2)使用20条地震波计算我国抗震规范规定的Ⅱ类场地、第三组设计地震分组,设计基本地震加速度为0.30g地区的隔震建筑,在遭遇罕遇地震时,隔震周期T=ls-6s对应的总滞回耗能谱EY(T)、总阻尼耗能谱ED(T)、总输入能谱E1(T)和延性需求谱μ’(T),并给出其统计结果。3)提出铅芯橡胶基础隔震系统延性系数μ’与能量指标RY/E1的关系μ'=μ'(EY/EI),建立相应数据库。4)结合我国现行抗震规范,建立一种基于能量谱的隔震结构反应预测和验算方法。5)以一个7层的铅芯橡胶支座基础隔震结构为例,进行非线性多自由度时程分析,时程分析结果与基于能量谱的隔震结构反应预测和验算结果进行对比,结果表明本文建立能量谱及其反应预测和验算方法是有效和可靠的。

关键词：基础隔震能量反应谱 Bouc-Wen模型龙格库塔法评价准则

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结构能量振型分解反应谱法

合肥工业大学学报（自然科学版） 2010年第8期33卷 1202-1207页

作者：常磊叶献国合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

文章提出了结构能量反应的振型分解反应谱法,通过算例分析,此方法计算的结构能量反应结果能较好地满足弹性体系,但对弹塑性体系有其应用的局限性;结构塑性发展愈全面愈深入,则计算结果与实际反应出入愈大,受结构及地震动特性的影响,此... 详细信息

文章提出了结构能量反应的振型分解反应谱法,通过算例分析,此方法计算的结构能量反应结果能较好地满足弹性体系,但对弹塑性体系有其应用的局限性;结构塑性发展愈全面愈深入,则计算结果与实际反应出入愈大,受结构及地震动特性的影响,此值会高度低估或高估实际能量反应。

关键词：振型分解模态能量能量反应谱基于能量的抗震设计

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基础隔震结构的能量设计方法

地震工程与工程振动 2000年第3期20卷 116-122页

作者：周云徐彤贺明玄华南建设学院广东广州510405 太原理工大学山西太原030024

本文以能量分析方法为基础，解释了基础隔震结构体系的能量设计原理和设计准则．根据作者建立的标准能量设计反应谱曲线，结合我国现行的抗震设计规范，建立了基础隔震结构体系的能量设计方法，通过能量平衡关系对隔震层的变形反应进行... 详细信息

本文以能量分析方法为基础，解释了基础隔震结构体系的能量设计原理和设计准则．根据作者建立的标准能量设计反应谱曲线，结合我国现行的抗震设计规范，建立了基础隔震结构体系的能量设计方法，通过能量平衡关系对隔震层的变形反应进行预测．最后通过算例说明能量设计方法具有一定的可靠性，为该类体系的进一步推广奠定了基础．

关键词：隔震结构能量反应谱能量设计法基础隔震

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大底盘双塔连体结构的能量分析研究

工业建筑 2015年第6期45卷 77-81,92页

作者：王军军彭泽靖董小凤西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129 中联西北工程设计研究院有限公司西安710003

针对大型复杂结构的能量分析问题,采用SAP 2000建立大底盘双塔连体结构模型,利用MATLAB和SAP 2000的接口程序对其进行弹性能量分析,给出结构能量反应和单自由度体系能量反应之间的关系,以此分析结构的振型分解能量和建立能量反应谱,研... 详细信息

针对大型复杂结构的能量分析问题,采用SAP 2000建立大底盘双塔连体结构模型,利用MATLAB和SAP 2000的接口程序对其进行弹性能量分析,给出结构能量反应和单自由度体系能量反应之间的关系,以此分析结构的振型分解能量和建立能量反应谱,研究结构在三维地震作用下的弹塑性能量反应,并与无连体的情况进行比较。研究表明:振型分解能量分析法可以快速、有效地估算结构的能量反应,连体结构的抗震性能在一定程度上优于无连体结构。

关键词：大底盘双塔连体结构振型分解能量分析能量反应谱三维地震抗震性能

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消能减震结构能量设计方法研究

人民长江 2015年第4期46卷 33-36页

作者：李晓文张岩青赵斌华孔令俊西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 深圳市华阳国际工程设计有限公司广东深圳518038

基于能量分析的消能减震结构设计方法是未来抗震设计的发展方向,但是如何将基于能量的设计方法应用于实际工程中,还有许多工作要做。综合考虑现行抗震设计规范,以实现中震弹性为目标,提出了一种基于弹性的消能减震结构能量设计方法。该... 详细信息

基于能量分析的消能减震结构设计方法是未来抗震设计的发展方向,但是如何将基于能量的设计方法应用于实际工程中,还有许多工作要做。综合考虑现行抗震设计规范,以实现中震弹性为目标,提出了一种基于弹性的消能减震结构能量设计方法。该方法首先以能量反应谱研究成果为基础,提出了适用于我国的能量反应谱。通过能量反应谱计算结构总输入能,然后设定阻尼器附加给结构的有效阻尼比并估算出需阻尼器耗散的能量,进而计算阻尼器的数量。通过一个实例具体说明了该方法的设计流程。分析结果表明,该设计方法减震效果显著,能够实现中震弹性的要求。

关键词：能量反应谱能量设计法消能减震中震弹性阻尼耗能

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消能减震结构的设计方法研究

消能减震结构的设计方法研究

作者：赵斌华西安建筑科技大学

学位级别：硕士

传统结构的抗震设计基本以实现三水准为目标，即“小震不坏、中震可修以及大震不倒”。而这种设计逻辑是基于生命无价的理念，为大多数结构物抗震设计的基本方针。然而，依上述基准设计的建筑物往往在地震之后，虽然未发生结构倒塌的严... 详细信息

传统结构的抗震设计基本以实现三水准为目标，即“小震不坏、中震可修以及大震不倒”。而这种设计逻辑是基于生命无价的理念，为大多数结构物抗震设计的基本方针。然而，依上述基准设计的建筑物往往在地震之后，虽然未发生结构倒塌的严重破坏，但是破坏的实际情况却导致建筑物原有使用机能的中断与丧失，甚至造成建筑物的非结构元件、硬件设备与财物等破坏，这些往往比建筑结构本身的破坏造成更大的财产或机能损失，这种情况尤其经常在我国各科学园区的高科技厂房中发生。在现今重视高效率的产业需求与高水准的生活环境下，结构的抗震性能及地震发生后功能性恢复，已深受国人重视，再加上近年来国际间发生数次重大地震灾害，结构消能减震技术的研究更是各国的重要课题。消能减震结构的推广不仅依赖于阻尼器的研发，更依赖于成熟的消能减震设计方法。本文对消能减震设计方法进行了具体研究，主要内容如下： (1)简单介绍阻尼器分类及其力学模型，并以单自由度体系为例，从反应谱及能量的角度说明消能减震结构控制地震反应的原因。 (2)就目前常用的两类消能减震结构设计方法（拆分设计法和一体化设计法）做出说明比较。其中拆分设计法的设计思路是将主体结构与消能装置分开考虑，即在不考虑消能装置的前提下先进行主体结构的设计;一体化设计法的设计思路是将将主体结构与消能装置作为一个整体考虑，从而进行设计。从中发现拆分设计法的设计思路更加适用于对既有建筑的加固。 (3)以日本普遍采用的消能减震拆分设计法为理论基础，结合我国的抗震设计规范，总结出一套适用于我国的消能减震工程加固法。该加固法以反应谱理论为基础，通过绘制的减震性能曲线优化选择阻尼器数量，最终达到最初设定的减震性能目标。该方法避免了以往凭工程经验试加阻尼器，然后通过时程分析反复试算的迭代过程。 (4)利用拆分设计法对一个中学教学楼进行减震加固分析，分析结果表明：以本文所述的拆分设计法对既有建筑进行消能减震加固后，既有建筑完全能够达到提高1度抗震性能目标的要求。反之，若拟建建筑采用该方法进行消能减震设计时，可降低1度抗震设防烈度先进行主体结构设计。 (5)本文提出了一种消能减震结构的能量设计方法，该方法主要基于弹性体系，即结构在地震中框架单元不产生塑性损伤。地震输入的能量将由结构自身阻尼比及阻尼器附加给结构的有效阻尼比共同耗散，并按照各自阻尼比按比例分配能量。在国外研究资料的基础上，以我国抗震设计规范划分的场地特征周期插值计算适合于我国的能量反应谱。 (6)利用能量设计法对中学教学楼进行减震分析，分析结果表明：以本文所述的能量设计法对拟建建筑进行消能减震设计后，拟建建筑能够实现中震基本弹性。拆分设计法适用于既有建筑的加固，并能够满足提高1度的性能目标。能量设计方法既适用于既有建筑的加固设计，又适用于拟建建筑的设计，其目标都是实现地震作用下的基本弹性。对于一些特别重要的建筑，业主会提出提高性能目标的要求，因此能量设计法将是一个不错的选择。由于本文所提出的两种消能减震结构设计方法均契合于我国抗震设计规范，希望对我国消能减震结构的推广起到一定积极作用。

关键词：减震加固黏滞阻尼器拆分设计法减震性能曲线能量设计法阻尼比能量反应谱时程分析中震弹性

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地震作用下单自由度体系能量响应时程分析

地震作用下单自由度体系能量响应时程分析

作者：唐逸葵长沙理工大学

学位级别：硕士

地震对结构的作用可以看成是一种能量传递和转化的过程,能量分析的方法便是在这一概念上建立起来的。目前各国的抗震设计主要通过基于力和位移的单一指标来实现,但这并不能充分体现结构在地震作用下的破坏特性,而从能量的角度描述地震... 详细信息

地震对结构的作用可以看成是一种能量传递和转化的过程,能量分析的方法便是在这一概念上建立起来的。目前各国的抗震设计主要通过基于力和位移的单一指标来实现,但这并不能充分体现结构在地震作用下的破坏特性,而从能量的角度描述地震作用的影响则能很好反映地震动持续时间对结构产生的累积损伤效应,具有概念清晰,计算方便的特点,且考虑了多种的因素综合作用,因此,能量法被认为是今后抗震设计的研究方向。本文以地震能量的传递、转化和耗散为出发点,从分析、计算和应用三个方面对能量法进行了研究,主要工作和结论如下：(1)通过能量转化方程对能量法进行分析,详细介绍了基于时程分析Newmark-β法的两种能量响应求解方式,并在此基础上给出了简化计算方式。(2)以单自由度体系为对象,通过matlab软件编制了基于双线性恢复力模型的能量响应的求解程序,以汶川地震记录作为输入获得了体系的能量响应时程及滞回耗能、阻尼耗能在总输入能中的占比时程。(3)通过改变初始刚度研究了总输入能、滞回耗能和阻尼耗能的变化情况,分析了滞回耗能和阻尼耗能在总输入能中所占比例大小的变化规律。研究表明,在某一特定初始刚度下,体系的总输入能最大,滞回耗能的占比也最大,而偏离这一刚度值,两者都同时呈现下降趋势。(4)本文给出了能量反应谱的建立方式和步骤,提出了以屈服强度和累积塑性位移为基础的结构损伤表达方式。

关键词：能量分析法时程分析单自由度体系总输入能滞回耗能阻尼耗能能量反应谱

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地震动能量衰减规律的研究

地震动能量衰减规律的研究

作者：公茂盛中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

结构在强烈地震作用下，一般会进入非线性工作状态。事实上，震害调查结果表明，结构物在强烈地震作用下，确实曾进入非线性工作状态，具体表现有：裂缝或其它形式的非弹性变形发生、经历地震后有永久变形存在等等。结构一旦进入非线性... 详细信息

结构在强烈地震作用下，一般会进入非线性工作状态。事实上，震害调查结果表明，结构物在强烈地震作用下，确实曾进入非线性工作状态，具体表现有：裂缝或其它形式的非弹性变形发生、经历地震后有永久变形存在等等。结构一旦进入非线性阶段，其地震总输入能主要由结构的非弹性变形和阻尼来耗散。因此，从物理意义上来讲，能量才是对结构物进行非弹性设计或对结构物进行地震破坏评估的最合理参数。目前，基于能量的性态设计方法及理论也是地震工程中一个热门的研究课题。本文的主要工作就是利用所掌握的地震动记录，采用两步回归法对地震动的各种能量参数进行回归分析，找出地震动的能量参数随震级、距离等参数的衰减关系，为基于能量的方法能够应用到抗震设计及震害评估等实际工程中奠定基础。本文所做的主要工作摘要如下： 1．建立了一个强震记录数据库。作为地震工程研究的重要基础性资料，强震记录的重要性不言而喻。尽管目前世界范围内取得了大量强震记录，但是这些记录具有格式形式不统一、参数不完备等缺点。对大部分地震记录来说，尤其缺少便于统计应用的矩震级及断层距等实用数据。因此，本文处理了美国西部California州共15次地震中的强震记录，将所有记录的格式做了统一化处理，特别是补充、增加了供统计应用的矩震级和断层距等信息。 2．介绍了能量反应谱的概念及算法。结构地震反应的能量分析方法是一种能够较好的反映结构在强地震动作用下非线性性质以及地震动三要素(幅值、频谱特性和持时)对结构抗震性能影响的方法。目前常用的反应谱，无论是弹性或非弹性的，一个最大的缺憾是它们都没有充分考虑输入地震动持时的影响，但在能量谱中由于要反映随着持时增长引起的能量变化，因而持时影响得到了充分的考虑，这是能量谱的一个十分重要的特点。本文对能量反应谱的概念、计算方法、性质特点做了详细的总结及论述，并比较了几种能量反应谱的联系和差别。 3．论述了两步回归统计拟合方法。强震记录的震级和距离是具有相关性的，通常距离大的强震记录往往对应大的震级，这一点早被众多的研究者所认同。这种相关性是固有的，也是不可避免的。本文中所采用的矩震级和断层距就具有这种相关性。因此，在回归分析时，必须考虑这种震级和距离耦合作用可能会带来大的误差。为了将震级和距离的这种相关性解耦，避免其给回归结果带来一定的不合理性，Joyner和Boore在1981年提出了两步回归法，即将震级和距离分两步统计。其后众多的研究者在对地震动参数进行统计分析时，几乎都是采用两步回归法。事实证中国地震局工程力学研究所硕士学位论文一明，两步回归法的确能够将震级距离解耦，可以减小这种相关性带来的误差。本文对两步回归法做了详细的论述，尤其对第二步回归分析时的加权矩阵做了细致的分析，并编制了计算程序。 4．地震动能量衰减规律的统计分析。本文将所选的强震记录按场地条件分为了三类，对每一条强震记录（本文中一条记录包含两个水平分量一个竖向分量）的两个水平分量分别计算了其“绝对”输入能量谱、“相对”输入能量谱、吸收能量谱和滞回能量谱等四种能量反应谱（取等效速度谱）。对每一条记录，取了两个分量所计算的能量谱的几何平均值，选择了衰减模型，利用两步回归法，对这些能量等效速度谱做了统计拟合分析，得出了地震动四种能量反应谱随震级、距离等参数的衰减规律。详细分析了场地条件、震级、延性系数和距离等参数对地震动能量衰减的影响。并与其它己有的研究结果做了对比，验证了本文所计算能量反应港及统计拟合使用程序的正确性，同时也验证了本文结果的正确性。并且得出了一些比较重要的结论。

关键词：地震动两步回归法能量反应谱衰减规律加权矩阵