专利名称：一种工程结构基于位移的抗震设计方法
技术领域：
本发明属于土木工程建筑技术领域，涉及一种工程结构抗震设计方法，更具体地说，是涉及一种工程结构基于位移的抗震设计方法。
背景技术：
工程结构的抗震设计是确保地震发生时工程结构安全适用的主要手段，各国的工程抗震设计都是基于各国的抗震设计规范。我国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)5.2.1条和5.2.2条规定采用阻尼比为0.05的加速度反应谱作为设计地震加速度反应谱，结合结构周期和结构抗震重要性系数计算地震作用荷载，进行抗震设计。这种抗震设计方法已知结构周期和结构抗震重要性系数，求解结构所需强度，进行配筋设计。这种抗震设计方法至少存在以下缺陷:1、设计的工程结构性能水平不明确。对结构性能目标的考虑仅以结构的重要性系数来间接表达其预期的性能水平，结构的性能水平没有进行具体量化，据此设计得到的结构性能水平是不明确的。2、工程结构的实际抗震能力不足。设计的结构仅能通过提供足够的刚度和强度而间接建立其抗震性能，结构位移并不作为控制参数直接参与设计，因此无法准确预估工程结构的实际抗震性能，遭遇到地震作用时，结构的抗震能力仍有可能不足。3、无法对工程 结构地震作用下的变形进行有效控制。设计过程未能考虑结构的滞回特性，无法预测结构的破坏机制，也无法直接考虑结构在屈服过程中的内力重分布以及结构强度和刚度的退化现象，因此难以把握结构在地震下的真实变形反应。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有设计方法存在的缺陷，提供一种工程结构基于位移的抗震设计方法。本发明的设计方法能够明确工程结构的抗震性能水平，在地震作用下能确保工程结构的抗震能力和控制地震变形反应。为了达到上述目的，本发明的技术方案是:一种工程结构基于位移的抗震设计方法，包括以下步骤:(I)根据抗震设防烈度和场地类别等初始条件确定设计规范加速度反应谱，由设计规范加速度反应谱构建不同阻尼比时的设计弹性位移反应谱；(2)根据初步设计，确定工程结构的初始目标位移形状；(3)根据初始目标位移形状，采用等效线性化方法，将弹塑性多自由度体系简化为弹性多自由度体系；(4)对简化得到的弹性多自由度体系采用振型分解方法进行振型分解，结合步骤
(I)得到的设计弹性位移反应谱，采用振型组合方法获得工程结构的目标位移形状；(5)由工程结构的目标位移形状，按照惯性力作用下做功相等的原则，将弹性多自由度体系简化为等效单自由度体系；
(6)进行等效单自由度体系基于设计弹性位移反应谱的抗震设计，得到等效单自由度体系的地震设计力；(7)将等效单自由度体系的地震设计力按与弹性刚度(或割线刚度)成比例的原则分配给多自由度体系，进行多自由度体系构件的截面验算和配筋设计；(8)对经过配筋设计的多自由度体系采用新的等效割线刚度简化为弹性多自由度体系，按步骤(4)求解新的目标位移，比较两次求解的目标位移值大小，确保工程结构的目标位移收敛，保证工程结构具有足够的位移能力。上述所述的工程结构为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒中筒结构、框架一核心筒结构、简支板梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚架桥、吊桥、斜拉桥、悬索桥、组合体系桥、电视塔、储油罐、塔架、仓库、水塔、水池、烟 、隧道、水坝中的任一种。本发明的一种工程结构基于位移的抗震设计方法具有以下优点和有益效果:1.工程结构的性能水平 是明确的。将工程结构性能目标以目标位移表示，以工程结构的目标位移作为设计变量，在设计初始就明确了工程结构的性能水平，通过设计能使工程结构达到目标性能水平。2.能确保工程结构的抗震能力。采用基于位移的抗震设计，通过简便有效的方法对工程结构在设计地震作用下的目标位移作出估计，得到工程结构在预期地震作用下的目标位移值，确保工程结构的抗震能力。3.能对工程结构地震作用下的变形进行有效控制。以结构目标位移作为设计变量，结构目标位移确定后再计算结构承载力，进行配筋计算，通过设计可以使得工程结构在地震作用下的位移反应与目标位移相接近，从而实现对工程结构在地震作用下的变形进行有效控制。
图1为本发明的流程框图；图2为本发明的实例I中采用的不同阻尼比的设计弹性位移反应谱图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。如附图1所示，一种工程结构基于位移的抗震设计方法，包括如下步骤:1.根据抗震设防烈度和场地类别等初始条件确定设计规范加速度反应谱，由设计规范加速度反应谱构建不同阻尼比时的设计弹性位移反应谱。根据抗震设防烈度和场地类别等初始条件由抗震设计规范可以得到阻尼比为
0.05的设计规范加速度反应谱，记为Sa。则有阻尼比为0.05的设计弹性位移反应谱Sdl为:Sdl=sa/4π2T2其中，Sa-阻尼比为0.05的设计规范加速度反应谱，T-周期；则有阻尼比为ξ的设计弹性位移反应谱Sd (Τ，ξ)为:
权利要求
1.一种工程结构基于位移的抗震设计方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)根据抗震设防烈度和场地类别初始条件确定设计规范加速度反应谱，由设计规范加速度反应谱构建不同阻尼比时的设计弹性位移反应谱； (2)根据初步设计，确定工程结构的初始目标位移形状； (3)根据初始目标位移形状，采用等效线性化方法，将弹塑性多自由度体系简化为弹性多自由度体系； (4)对简化得到的弹性多自由度体系采用振型分解方法进行振型分解，结合步骤(I)得到的设计弹性位移反应谱，采用振型组合方法获得工程结构的目标位移形状； (5)由工程结构的目标位移形状，按照惯性力作用下做功相等的原则，将弹性多自由度体系简化为等效单自由度体系； (6)进行等效单自由度体系基于设计弹性位移反应谱的抗震设计，得到等效单自由度体系的地震设计力； (7)将等效单自由度体系的地震设计力按与弹性刚度(或割线刚度)成比例的原则分配给多自由度体系，进行多自由度体系构件的截面验算和配筋设计； (8)对经过配筋设计的多自由度体系采用新的等效割线刚度简化为弹性多自由度体系，按步骤(4)求解新的目标位移，比较两次求解的目标位移值大小，确保工程结构的目标位移收敛，保证工程结构具有足够的位移能力。
2.根据权利要求1所述的工程结构基于位移的抗震设计方法，其特征在于，所述的工程结构为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒中筒结构、框架一核心筒结构、简支板梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚架桥、吊桥、斜拉桥、悬索桥、组合体系桥、电视塔、储油罐、塔架 、仓库、水塔、水池、烟囱、隧道、水坝中的任一种。
全文摘要
本发明的一种工程结构基于位移的抗震设计方法是根据初始条件确定设计规范反应谱，构建弹性位移反应谱；确定工程结构的初始目标位移形状；将弹塑性多自由度体系简化为弹性多自由度体系；对弹性多自由度体系进行振型分解，获得工程结构的目标位移形状；将弹性多自由度体系简化为等效单自由度体系；进行基于设计弹性位移反应谱的抗震设计；将地震设计力按与弹性刚度成比例的原则分配给多自由度体系，进行截面验算和配筋设计；求解新的目标位移，比较目标位移值大小，确保目标位移收敛。本发明可使得工程结构在地震作用下的位移反应与设计的目标位移相接近，从而实现对工程结构在地震作用下的变形进行有效控制，保证工程结构具有足够的位移能力。
文档编号E04B1/98GK103233527SQ20131013965
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者周道传, 董作超, 潘志宏 申请人:江苏科技大学