专利名称：基于性态谱谐函数的抗震设计方法
技术领域：
本发明属于土木建筑设计工程领域，尤其涉及一种基于性态谱谐函数的抗震设计方法。
背景技术：
自90年代初，基于性能的抗震设计方法提出后，成为国际抗震研究的前沿课题。美国加利福尼亚结构工程师学会于1992年成立放眼21世纪委员会(Vision 2000Committee SEA0C)旨在建立新的结构性能设计体系的框架，其研究工作得到美国自然科学基金会和加州政府的有力资助(SEA0C-VIS10N2000.Performance Based SeismicEngineering of Buildings.April3,1995)。美国联邦紧急救援署(FEMA)和国家自然科学基金会(NSF)还资助开展了一项为期6年的行动计划，对未来的抗震设计进行了多方面的基础性研究。日本也在多方资助下于1995年开始了为期三年的“新建筑结构体系开发”研究项目，成立了有国内著名学者参加的新建筑构造体系综合委员会，下设性能评价、目标水准和社会机构三个分委员会。为推进和协调这一项目进程，还建立了 “新构造体系促进会议”，讨论、规划、协调各方面的工作。之后，欧洲国家、中国、新西兰、日本、智利等拉美国家也对这一课题进行了深入研究(Moehle J.P.Displacement-based Design of RCStructures.1OWCEE,Mexico, 1992:1576-1574 ;刘文锋，王段.基于位移目标的性态谱[J].工程力学，2012，29 (10):75-81。)目前基于性能的抗震设计已是世界各国抗震设计规范的发展方向，FEMAP695 (2009) ,FEMA440 (2005)、日本《建筑基准法》(2003) ,Eurocode 8(2004)、美国建筑和设施的性能规范(2009)、中国抗震规范(2010)等国抗震规范都已开始采用基于性能的抗震设计。基于性能的抗震设计本质是把握和控制大震、中震、小震结构的弹塑性行为。从地震反应谱探究结构弹塑性行为是抗震研究的一个重要方面，也是基于性能的抗震设计的重要工具。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。)提出了估计地震动的线性反应谱和非线性反应谱的方法。王前信(王前信等.弹塑性反应谱.地震工程研究报告集[R]，第二集，北京:科学出版社，1965。)提出弹塑性抗震设计应以最大位移反应为依据并补充考虑能量反应的设计的想法，并建议考虑体系进入塑性时设计加速度应以体系的延性系数进行折减。80年代，我国对延性谱和位移比谱的研究较为活跃，陈聃(陈聘.抗震结构的延性谱.清华大学抗震抗爆工程研究报告集[R]，清华大学出版社，1980 ;Chen Dan.Ductility Spectraand Collapse Spectra for Earthquake Resistant Structures, Proc.7thEuropeanConference on Earthquake Engineering[R], 1982)等人研究的延性谱是以延性系数为谱坐标，提出了反映地震对结构强度及延性两方面要求及这两者相互关系的非线性反应谱。90年代初，基于性能的抗震设计方法提出后，静力分析方法成为基于性能的抗震设计的主要方法，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.)等人的研究最为典型，他们的研究大多采用力降低系数，性能系数或延性折减系数对弹性反应谱进行折减，从而直接得到弹塑性反应谱。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.)等人也通过等延性方法来得到弹塑性反应谱。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)的改进能力谱法是将弹性反应谱折减为弹塑性反应谱，并转化为需求谱的形式，不同的延性比对应着不同的需求曲线。2004年、2009年，徐龙军、谢礼立、郭晓云、翟长海等人(徐龙军，谢礼立.双规准化地震动加速度反应谱研究.地震工程与工程振动，2004，24 (2):1-6 ;郭晓云，翟长海，谢礼立.地震动双规准速度反应谱研究.地震工程与工程振动，2009，29 (3):9-14.)提出了双规准化地震动加速度、速度反应谱，双规准化消除了地震动强度对反应谱谱值的影响和卓越周期对反应谱形状的影响，2008年、2010年、2012年，刘文锋、王段、傅兴潘、陈贡联(刘文锋，王段.基于位移目标的性态谱[J].工程力学，2012，29 (10):75-81 ;刘文锋，陈贡联.结构抗震性态谱的确定方法[J].工程力学，2008, 25 (2):160-167 ;] Wenfeng Liu, Xingpan Fu.Seismic PerformanceSpectra [J].Advanced Materials Research 2011, Vols.163-167:443-453.)建立了抗震性态谱，性态谱是根据性能目标，将地震记录输入到不同自振周期的结构，在三维坐标中，建立了地震需求(最大地震加速度的统计平均值)和结构周期、弹塑性状态的函数关系，可预测达到性能目标的地震需求。将性态谱采用谐函数表达，输入到结构运动微分方程，进行结构的时程分析，完成抗震设计，世界尚不存在。
发明内容
为了弥补现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于性态谱谐函数的抗震设计方法。本发明采用的技术方案是:基于性态谱谐函数的抗震设计方法，包括下列步骤:1、抗震性态谱谐函数表达式的构建；2、将抗震性态谱采用不同频率谐函数，分别输入到结构运动微分方程，获得结构响应；3、基于结构响应，求解结构地震作用效应，进行结构的时程分析，按照平方和开平方法、完全平法组合法和线性组合法进行组合，完成抗震设计。所述抗震性态谱谐函数表达式的构建方法为:(I)、将抗震性态谱视作目标谱；(2)、基于目标谱和功率谱的转换关系，通过反复迭代的方式，获得了性态谱为目标谱的地震动三角函数解析表达式；(3)、将目标谱的地震动三角函数解析表达式代入单自由度运动微分运动方程，获得抗震性态谱谐函数表达式。所述抗震性态谱是指弹性或塑性阶段的性态谱。本发明的基于性态谱谐函数的抗震设计方法，提供了性态谱输入的新方法，提供了精细化的性能化抗震设计新方法。
图1是本发明的基于性态谱谐函数的抗震设计方法流程图。
具体实施例方式实施例1如图1所示，本实施例基于性态谱谐函数的抗震设计方法，包括下列步骤:1、抗震性态谱谐函数表达式的构建(I)采用三角级数模型构造平稳后的随机地面运动加速度:
权利要求
1.基于性态谱谐函数的抗震设计方法，其特征在于:包括下列步骤: (1)、抗震性态谱谐函数表达式的构建； (2)、将抗震性态谱采用不同频率谐函数，分别输入到结构运动微分方程，获得结构响应； (3)、基于结构响应，求解结构地震作用效应，进行结构的时程分析，按照平方和开平方法、完全平法组合法和线性组合法进行组合，完成抗震设计。
2.根据权利要求1所述的基于性态谱谐函数的抗震设计方法，其特征在于:所述抗震性态谱谐函数表达式的构建方法为:(I)、将抗震性态谱视作目标谱；(2)、基于目标谱和功率谱的转换关系，通过反复迭代的方式，获得了性态谱为目标谱的地震动三角函数解析表达式；(3)、将目标谱的地震动三角函数解析表达式代入单自由度运动微分运动方程，获得抗震性态谱谐函数表达式。
全文摘要
本发明属于土木建筑设计工程领域，尤其涉及一种基于性态谱谐函数的抗震设计方法。基于性态谱谐函数的抗震设计方法，包括下列步骤1、抗震性态谱谐函数表达式的构建；2、将抗震性态谱采用不同频率谐函数，分别输入到结构运动微分方程，获得结构响应；3、基于结构响应，求解结构地震作用效应，进行结构的时程分析，按照平方和开平方法、完全平法组合法和线性组合法进行组合，完成抗震设计。本发明的基于性态谱谐函数的抗震设计方法，提供了性态谱输入的新方法，提供了精细化的性能化抗震设计新方法。
文档编号G06F17/50GK103106304SQ201310036010
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者刘文锋 申请人:青岛理工大学