專利名稱：基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木建筑設(shè)計工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
自90年代初，基于性能的抗震設(shè)計方法提出后，成為國際抗震研究的前沿課題。美國加利福尼亞結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會于1992年成立放眼21世紀委員會(Vision 2000Committee SEA0C)旨在建立新的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計體系的框架，其研究工作得到美國自然科學(xué)基金會和加州政府的有力資助(SEA0C-VIS10N2000.Performance Based SeismicEngineering of Buildings.April3,1995)。美國聯(lián)邦緊急救援署(FEMA)和國家自然科學(xué)基金會(NSF)還資助開展了一項為期6年的行動計劃，對未來的抗震設(shè)計進行了多方面的基礎(chǔ)性研究。日本也在多方資助下于1995年開始了為期三年的“新建筑結(jié)構(gòu)體系開發(fā)”研究項目，成立了有國內(nèi)著名學(xué)者參加的新建筑構(gòu)造體系綜合委員會，下設(shè)性能評價、目標水準和社會機構(gòu)三個分委員會。為推進和協(xié)調(diào)這一項目進程，還建立了 “新構(gòu)造體系促進會議”，討論、規(guī)劃、協(xié)調(diào)各方面的工作。之后，歐洲國家、中國、新西蘭、日本、智利等拉美國家也對這一課題進行了深入研究(Moehle J.P.Displacement-based Design of RCStructures.1OWCEE,Mexico, 1992:1576-1574 ;劉文鋒，王段.基于位移目標的性態(tài)譜[J].工程力學(xué)，2012，29 (10):75-81。)目前基于性能的抗震設(shè)計已是世界各國抗震設(shè)計規(guī)范的發(fā)展方向，F(xiàn)EMAP695 (2009) ,FEMA440 (2005)、日本《建筑基準法》(2003) ,Eurocode 8(2004)、美國建筑和設(shè)施的性能規(guī)范(2009)、中國抗震規(guī)范(2010)等國抗震規(guī)范都已開始采用基于性能的抗震設(shè)計?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計本質(zhì)是把握和控制大震、中震、小震結(jié)構(gòu)的彈塑性行為。從地震反應(yīng)譜探究結(jié)構(gòu)彈塑性行為是抗震研究的一個重要方面，也是基于性能的抗震設(shè)計的重要工具。60 年代至 70 年代，Veletos, Newmark 和 Hall (Newmark N M and Hall WJ.Earthquake Spectra and Design[R].Earthquake Engineering Research Institute,University of California at Berkeley, 1982 ；A.S.Veletos, N.M.Newmark.Effect ofInelastic Behavior on the Response of Simple Systems to Earthquake Motion,2WCEE[M], 1960:895-912 ；N.M.Newmark, ff.J.Hall, A Rational Approach of SeismicDesign Standards for Structures, 5thWCEE [M] , 1975:2266-2277 ；N.M.Newmark,The trend of Seismic Analysis and Design for tall building.EarthquakeEngineering [M] ,Beijing:Science Press.1978。)提出了估計地震動的線性反應(yīng)譜和非線性反應(yīng)譜的方法。王前信(王前信等.彈塑性反應(yīng)譜.地震工程研究報告集[R]，第二集，北京:科學(xué)出版社，1965。)提出彈塑性抗震設(shè)計應(yīng)以最大位移反應(yīng)為依據(jù)并補充考慮能量反應(yīng)的設(shè)計的想法，并建議考慮體系進入塑性時設(shè)計加速度應(yīng)以體系的延性系數(shù)進行折減。80年代，我國對延性譜和位移比譜的研究較為活躍，陳聃(陳聘.抗震結(jié)構(gòu)的延性譜.清華大學(xué)抗震抗爆工程研究報告集[R]，清華大學(xué)出版社，1980 ;Chen Dan.Ductility Spectraand Collapse Spectra for Earthquake Resistant Structures, Proc.7thEuropeanConference on Earthquake Engineering[R], 1982)等人研究的延性譜是以延性系數(shù)為譜坐標，提出了反映地震對結(jié)構(gòu)強度及延性兩方面要求及這兩者相互關(guān)系的非線性反應(yīng)譜。90年代初，基于性能的抗震設(shè)計方法提出后，靜力分析方法成為基于性能的抗震設(shè)計的主要方法，以 Fajfar (Fajfar.P.and Fischinger.M.Earthquake Design SpectraConsidering Duration Of Ground Motion, Proc.4thU.S.NCEE.May, 1990, Palm, springs,California, Vol.2,15-24 ；Peter.fajfar, Tomaz Vidic, Consistent Inelastic DesignSpectra:Hysteretic and Input Energy, EESD, Vol.23.1994:523-537 ；Tolis SV andFaccioli E.Displacement Design Spectra[J].Journal of Earthquake Engineering,Vol.3(1).1999:107-125 ；Krawinkler H,Nassar AA.Seismic design based on ductilityand cumulative damage demands and capacities.1n:Fajfa P,Krawinkler H,editors.Nonlinear seismic analysis and design of RC buildings.Elsevier ；1992.p.23-39.)等人的研究最為典型，他們的研究大多采用力降低系數(shù)，性能系數(shù)或延性折減系數(shù)對彈性反應(yīng)譜進行折減，從而直接得到彈塑性反應(yīng)譜。Krawinkler和Nassar (Peter, fajfar,Tomaz Vidic, Consistent Inelastic Design Spectra:Hysteretic and Input Energy,EESD，Vol.23.1994:523-537.)、Jean 和 Loh (Jean W-Y，Loh C-H.Seismic demand forSDOF system based on structural damage control concept.1n:Proceedings of thesixth East Asia-Pacific conference on structural engineering and construction,Taipei, Taiwan, 1998:1633-1638.)等人也通過等延性方法來得到彈塑性反應(yīng)譜。90年代后期，Chopra (Chopra A.K, Goel R.K.Capacity-Demand-Diagram Method for EstimatingSeismic Deformation of Inelastic Structures.University of California,Berkeley,Report N0.PEER-1999/0,1999)的改進能力譜法是將彈性反應(yīng)譜折減為彈塑性反應(yīng)譜，并轉(zhuǎn)化為需求譜的形式，不同的延性比對應(yīng)著不同的需求曲線。2004年、2009年，徐龍軍、謝禮立、郭曉云、翟長海等人(徐龍軍，謝禮立.雙規(guī)準化地震動加速度反應(yīng)譜研究.地震工程與工程振動，2004，24 (2):1-6 ;郭曉云，翟長海，謝禮立.地震動雙規(guī)準速度反應(yīng)譜研究.地震工程與工程振動，2009，29 (3):9-14.)提出了雙規(guī)準化地震動加速度、速度反應(yīng)譜，雙規(guī)準化消除了地震動強度對反應(yīng)譜譜值的影響和卓越周期對反應(yīng)譜形狀的影響，2008年、2010年、2012年，劉文鋒、王段、傅興潘、陳貢聯(lián)(劉文鋒，王段.基于位移目標的性態(tài)譜[J].工程力學(xué)，2012，29 (10):75-81 ;劉文鋒，陳貢聯(lián).結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)譜的確定方法[J].工程力學(xué)，2008, 25 (2):160-167 ;] Wenfeng Liu, Xingpan Fu.Seismic PerformanceSpectra [J].Advanced Materials Research 2011, Vols.163-167:443-453.)建立了抗震性態(tài)譜，性態(tài)譜是根據(jù)性能目標，將地震記錄輸入到不同自振周期的結(jié)構(gòu)，在三維坐標中，建立了地震需求(最大地震加速度的統(tǒng)計平均值)和結(jié)構(gòu)周期、彈塑性狀態(tài)的函數(shù)關(guān)系，可預(yù)測達到性能目標的地震需求。將性態(tài)譜采用諧函數(shù)表達，輸入到結(jié)構(gòu)運動微分方程，進行結(jié)構(gòu)的時程分析，完成抗震設(shè)計，世界尚不存在。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，包括下列步驟:1、抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建；2、將抗震性態(tài)譜采用不同頻率諧函數(shù)，分別輸入到結(jié)構(gòu)運動微分方程，獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)；3、基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)，求解結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)，進行結(jié)構(gòu)的時程分析，按照平方和開平方法、完全平法組合法和線性組合法進行組合，完成抗震設(shè)計。所述抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建方法為:(I)、將抗震性態(tài)譜視作目標譜；(2)、基于目標譜和功率譜的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過反復(fù)迭代的方式，獲得了性態(tài)譜為目標譜的地震動三角函數(shù)解析表達式；(3)、將目標譜的地震動三角函數(shù)解析表達式代入單自由度運動微分運動方程，獲得抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式。所述抗震性態(tài)譜是指彈性或塑性階段的性態(tài)譜。本發(fā)明的基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，提供了性態(tài)譜輸入的新方法，提供了精細化的性能化抗震設(shè)計新方法。


圖1是本發(fā)明的基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法流程圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，本實施例基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，包括下列步驟:1、抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建(I)采用三角級數(shù)模型構(gòu)造平穩(wěn)后的隨機地面運動加速度:
權(quán)利要求
1.基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，其特征在于:包括下列步驟: (1)、抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建； (2)、將抗震性態(tài)譜采用不同頻率諧函數(shù)，分別輸入到結(jié)構(gòu)運動微分方程，獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)； (3)、基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)，求解結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)，進行結(jié)構(gòu)的時程分析，按照平方和開平方法、完全平法組合法和線性組合法進行組合，完成抗震設(shè)計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，其特征在于:所述抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建方法為:(I)、將抗震性態(tài)譜視作目標譜；(2)、基于目標譜和功率譜的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過反復(fù)迭代的方式，獲得了性態(tài)譜為目標譜的地震動三角函數(shù)解析表達式；(3)、將目標譜的地震動三角函數(shù)解析表達式代入單自由度運動微分運動方程，獲得抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式。
全文摘要
本發(fā)明屬于土木建筑設(shè)計工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法?；谛詰B(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，包括下列步驟1、抗震性態(tài)譜諧函數(shù)表達式的構(gòu)建；2、將抗震性態(tài)譜采用不同頻率諧函數(shù)，分別輸入到結(jié)構(gòu)運動微分方程，獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)；3、基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)，求解結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)，進行結(jié)構(gòu)的時程分析，按照平方和開平方法、完全平法組合法和線性組合法進行組合，完成抗震設(shè)計。本發(fā)明的基于性態(tài)譜諧函數(shù)的抗震設(shè)計方法，提供了性態(tài)譜輸入的新方法，提供了精細化的性能化抗震設(shè)計新方法。
文檔編號G06F17/50GK103106304SQ201310036010
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者劉文鋒 申請人:青島理工大學(xué)