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

1、在基于位移和基于能量的抗震設(shè)計中，準確評估結(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用的彈塑性結(jié)構(gòu)簡化計算方法，具有概念清楚、應(yīng)用范圍廣等特點，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計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確評估結(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，而對各種等效線性化方法在基于位移和基于能量抗震設(shè)計方法中的應(yīng)用效果評價研究較少，本論文將對美國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實驗方法、Iwan經(jīng)驗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)計方法中的應(yīng)用進行分析討論。
　　在直接基于位移抗震設(shè)計中采用等效線性化方法將結(jié)構(gòu)等效為線性體系進行強度設(shè)計

3、，分別對這五種方法計算得到的結(jié)構(gòu)基底剪力進行比較，得出G&S法計算的基地剪力設(shè)計值最為保守，其余四種方法對結(jié)構(gòu)基底剪力的計算結(jié)果比較接近。從各方法的等效參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對計算結(jié)果的分析比較可知，等效周期的計算方式、結(jié)構(gòu)屈服后剛度系數(shù)對基于位移抗震設(shè)計影響較小，而設(shè)計延性系數(shù)對計算結(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)計強度值，與理論分析結(jié)果相吻合。
　　在基于能量抗震設(shè)計中采用等效線性化方法簡化計算結(jié)構(gòu)彈塑

4、性地震輸入能，分析各等效線性化方法的計算精度和適用范圍，以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對計算結(jié)果的影響情況。結(jié)果表明，對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彈塑性地震輸入能的計算精度較高，其中CALTRANS法和Iwan法的誤差相對穩(wěn)定，且平均值在10％以內(nèi)，而對短周期范圍的結(jié)構(gòu)計算誤差很大，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)對短周期范圍結(jié)構(gòu)能量譜的計算精度影響較大，且隨著延性系數(shù)的增

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