等效線性化方法在基于位移與能量抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、在基于位移和基于能量的抗震設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性響應(yīng)是其理論研究的重要內(nèi)容之一，而等效線性化方法作為一種實(shí)用的彈塑性結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算方法，具有概念清楚、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究中引起了廣泛的關(guān)注和重視。該方法通過調(diào)整線彈性計(jì)算模型的周期和阻尼建立等效線性化模型，使得結(jié)構(gòu)的彈塑性響應(yīng)可以通過彈性分析獲得，所以等效線性化模型的合理建立是保證該方法準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)彈塑性響應(yīng)的關(guān)鍵。
　　目前，各國研究者已基于不同等

2、效模型提出了多種等效線性化方法，而對(duì)各種等效線性化方法在基于位移和基于能量抗震設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)研究較少，本論文將對(duì)美國AASHTO規(guī)范、日本橋梁抗震規(guī)范JPWRI、美國加州CALTRANS規(guī)范中采用的等效線性化方法，以及Gulkan和Sozen實(shí)驗(yàn)方法、Iwan經(jīng)驗(yàn)公式法五種等效線性化方法，在基于位移和基于能量抗震設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用進(jìn)行分析討論。
　　在直接基于位移抗震設(shè)計(jì)中采用等效線性化方法將結(jié)構(gòu)等效為線性體系進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)

3、，分別對(duì)這五種方法計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)基底剪力進(jìn)行比較，得出G&S法計(jì)算的基地剪力設(shè)計(jì)值最為保守，其余四種方法對(duì)結(jié)構(gòu)基底剪力的計(jì)算結(jié)果比較接近。從各方法的等效參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析比較可知，等效周期的計(jì)算方式、結(jié)構(gòu)屈服后剛度系數(shù)對(duì)基于位移抗震設(shè)計(jì)影響較小，而設(shè)計(jì)延性系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較大。最后，通過算例分析各等效線性化方法應(yīng)用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，與理論分析結(jié)果相吻合。
　　在基于能量抗震設(shè)計(jì)中采用等效線性化方法簡化計(jì)算結(jié)構(gòu)彈塑

4、性地震輸入能，分析各等效線性化方法的計(jì)算精度和適用范圍，以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響情況。結(jié)果表明，對(duì)中等周期和中長周期范圍的結(jié)構(gòu)，四種等效線性化方法對(duì)彈塑性地震輸入能的計(jì)算精度較高，其中CALTRANS法和Iwan法的誤差相對(duì)穩(wěn)定，且平均值在10％以內(nèi)，而對(duì)短周期范圍的結(jié)構(gòu)計(jì)算誤差很大，主要原因在于短周期范圍下等效線性化方法高估了結(jié)構(gòu)的等效周期。從總體上看，結(jié)構(gòu)參數(shù)中延性系數(shù)對(duì)短周期范圍結(jié)構(gòu)能量譜的計(jì)算精度影響較大，且隨著延性系數(shù)的增

5、大計(jì)算誤差也在增大，屈服后剛度系數(shù)對(duì)等效計(jì)算結(jié)果的影響不明顯，初始阻尼比對(duì)中長周期范圍的計(jì)算結(jié)果有明顯影響，且隨著初始阻尼比的增大，等效線性化方法對(duì)能量譜的計(jì)算誤差逐漸減小。
　　基于上述對(duì)彈塑性地震輸入能量譜簡化計(jì)算的評(píng)估結(jié)果，顯然，等效線性化方法不適用于近似估計(jì)短周期結(jié)構(gòu)的彈塑性地震輸入能，對(duì)于中等和中長周期的結(jié)構(gòu)，其中Iwan法的計(jì)算結(jié)果精度較高，因此，本文采用遺傳優(yōu)化算法對(duì)Iwan法在短周期范圍下的等效參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，將