減震結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力分析.pdf

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1、2014年第3期(總197期)安徽建筑減震結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力分析雖Non—LinearDynamicAnalysisofSeismicReductionStructure鄭新民(亳州市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽毫州236800)摘要：文章在充分考慮消能支撐工作特性以后，對(duì)層間剪切型的框架結(jié)構(gòu)作基于法的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，設(shè)計(jì)了非線性動(dòng)力時(shí)程分析×程序。并在此基礎(chǔ)上考慮了消能支撐體系的恢復(fù)力特性，對(duì)恢復(fù)力模×型中的拐點(diǎn)進(jìn)行了處理，避免因迭代誤差而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真。對(duì)某×框架結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的時(shí)程分析結(jié)果表明：

2、消能支撐框架比普通框架的地震反應(yīng)明顯降低，其作用在強(qiáng)震時(shí)更加顯著?！陵P(guān)鍵詞：消能支撐框架；時(shí)程分析；恢復(fù)力特性×中圖分類號(hào)：TU311．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007—7359(2014)03—0158—03r■r■0前言層常規(guī)的抗震方法是依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件的∞塑×性0變00形來000消0耗地震654321D一一一一結(jié)能量，強(qiáng)震時(shí)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生難以修復(fù)的破壞甚至倒塌，比結(jié)構(gòu)本構(gòu)設(shè)身造價(jià)更高的房屋裝修和內(nèi)部管線、設(shè)備等也將遭到嚴(yán)重破計(jì)壞。因此，這是一種消極、被動(dòng)的抗震方法。消能支撐框架的抗與研震機(jī)理與常規(guī)方

3、法完全不同，消能支撐是一種特殊的抗側(cè)力構(gòu)究件，在風(fēng)荷載和中小地震下表現(xiàn)出支撐的工作特性，增加主體應(yīng)用結(jié)構(gòu)剛度；在強(qiáng)震下表現(xiàn)出耗能器的工作特性，消耗大部分輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，同時(shí)消能支撐的剛度減小甚至為零。更重圖2相對(duì)于地面的最大位移要的是，消能支撐框架結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)罕遇地震下不同一譬通框兼的目標(biāo)位移控制，而不僅是“大震不倒”。消能支撐可以用于新65建建筑結(jié)構(gòu)中，也可以用于已有建筑物的抗震加固或者提高抗4震設(shè)防水平。采用消能支撐做抗震加固可縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益I1_。層211消能支撐框架結(jié)構(gòu)的

4、振動(dòng)分析模型D510152O25303540455055確定結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析模型和計(jì)算簡(jiǎn)圖是實(shí)施時(shí)程分析的關(guān)圖3最大層間位移鍵環(huán)節(jié)之一，它直接影響分析和輸出量的內(nèi)容。目前，結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析模型主要有兩大類：層模型和桿系模型。其中層模型應(yīng)用消能支撐比較廣泛，它是以結(jié)構(gòu)層作為基本計(jì)算單元來進(jìn)行分析的，視結(jié)構(gòu)為懸臂桿，結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于各個(gè)樓層標(biāo)高處，形成“糖葫蘆串”形體系，屬于最簡(jiǎn)單的模型。根據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的特點(diǎn)，層層模型可以分為剪切型、彎曲型和彎剪型三類。收稿日期：2014-03—24作者簡(jiǎn)介：鄭新民(1966一

5、)，男，安徽亳州人，高級(jí)工程師，主要從事建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作。圖4最大框架恢復(fù)力(KNX1000)安徽建筑2014年第3期(總197期)不同烈度下消能支撐框架地震反應(yīng)影響表表3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分方程為：研究MX+C{)(+KX=一MX、)應(yīng)用式中：M、c，分別為主體結(jié)構(gòu)(即除去消能支撐的部分)質(zhì)量、阻尼矩陣(采用瑞利阻尼)，肘也可計(jì)入消能支撐的質(zhì)量；X、、X分別為結(jié)構(gòu)的加速度向量、速度向量和位移向量；為地面運(yùn)動(dòng)加速度(見表1)；K為主體結(jié)構(gòu)的剛度矩陣與消能支撐系統(tǒng)剛度矩陣之和。對(duì)于重要建筑，消能減震結(jié)構(gòu)體

6、系的設(shè)計(jì)原則是使主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中仍處于彈性狀態(tài)(即所謂的“大震不壞”)。所以，主體的非線性特征是由消能裝置的非線性工作狀態(tài)產(chǎn)生的。這舯幅樣，體系的剛度矩陣，包括線性部分(主體結(jié)構(gòu))和非線性部圖5頂層加速度反應(yīng)時(shí)程重分(消能裝置)，即【=+】(2)2消能支撐框架結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型式中：為主體結(jié)構(gòu)的線性剛度矩陣；為消能裝置的非線性剛度矩陣。描述結(jié)構(gòu)或構(gòu)件力—位移滯回關(guān)系的數(shù)學(xué)模型叫恢復(fù)力本文所編的程序中，主體結(jié)構(gòu)瑞利阻尼的計(jì)算均采用初始模型。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本文框架主體結(jié)構(gòu)和消能支撐系統(tǒng)的(彈性)剛度矩陣

7、，故不隨時(shí)間變化。力—位移關(guān)系均用理想彈塑性模型。安時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程曲線的最大值(Ga1)設(shè)防烈度表1徽3消能支撐框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程及求解建筑消能支撐結(jié)構(gòu)可以看作由兩部分組成：主體結(jié)構(gòu)部分和消對(duì)于強(qiáng)震作用下的建筑結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力微分方程組通常是非能支撐系統(tǒng)部分。因此，消能支撐結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力微線性的，結(jié)構(gòu)剛度矩陣是隨著時(shí)間變化的，與各個(gè)單元的恢復(fù)I圓m2014年第3期(總197期)安徽建筑力模型緊密有關(guān)。在求解該方程組時(shí)，習(xí)慣的做法是將地震時(shí)5．1算例1程離散成一系列等步長(zhǎng)或不等步長(zhǎng)的微

8、小時(shí)段，將非線性運(yùn)動(dòng)圖1所示為一幢6層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的輕工業(yè)微分方程組在這些時(shí)間步雖長(zhǎng)內(nèi)線性化，認(rèn)為在這些步長(zhǎng)內(nèi)結(jié)構(gòu)廠房。房屋按8度設(shè)防，近震區(qū)，II類場(chǎng)地。框架主體和消能支參數(shù)保持常數(shù)，于是，將原來的非線性動(dòng)力微分方程組變成分撐的恢復(fù)力模型均簡(jiǎn)化為理想彈塑性模型。段的線性微分方程組。本文采用法Wilson一0對(duì)動(dòng)力方程進(jìn)行①其結(jié)構(gòu)主要參數(shù)和消能支撐參數(shù)見表2。求解。框架主體結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)及消能支撐參數(shù)表2樓層號(hào)第1層第2層第3層第4層第5層第6層質(zhì)量／T10