CN108897966A - 基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法 - Google Patents

基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法 Download PDF

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Abstract

一种基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法。其包括分析获得梁柱结构的初始配筋；获得屈曲约束支撑的最大内力以梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移；计算刚度折减系数；得到中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比；获得中震等效弹性或大震等效弹性分析下的梁柱结构的配筋结果等步骤。本发明的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法，解决了现有等效弹性分析方法中屈曲约束支撑刚度和梁柱结构附加阻尼比难以确定问题，本发明的等效弹性分析方法的屈曲约束支撑刚度和梁柱结构附加阻尼比确定方法简单，且方便工程技术人员掌握，使用者可根据上述方法完成设置屈曲约束支撑结构的性能化设计。

Description

基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法
技术领域
本发明涉及一种基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法，属于建筑结构减震设计技术领域。
背景技术
采用屈曲约束支撑的框架或框筒等梁柱结构是为了满足抗震性能而设计的，与屈曲约束支撑相连的梁柱结构需要按中震不屈服进行配筋；弹塑性分析方法只能对梁柱结构进行验算，而无法进行梁柱结构的配筋计算；通常采用等效弹性方法进行中震配筋计算。
然而等效弹性方法需要确定中震分析中屈曲约束支撑的刚度折减以及考虑屈曲约束支撑耗能后整个梁柱结构的附加阻尼比，目前通常采用等值线性化方法，等值线性化方法需要进行反复迭代计算，该方法计算过程较为复杂，而且普通工程设计人员难以掌握。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种计算简捷、便于工程设计人员掌握的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，并依据性能化设计将与屈曲约束支撑相连的梁柱结构性能设置为中震不屈服或大震不屈服，从而获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋；
(2)利用步骤(1)获得的梁柱结构的构件初始配筋，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得屈曲约束支撑的最大内力Fmax以及梁柱结构的水平地震作用标准值Fi和对应于水平地震作用标准值的位移ui，其中i为楼层数；
(3)利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，计算出相对小震作用而言的中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k；
(4)利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，计算中震或大震作用下屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，得到中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm；
(5)利用步骤(3)获得的屈曲约束支撑的刚度折减系数k和步骤(4)获得的梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，对梁柱结构进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，即可获得中震等效弹性或大震等效弹性分析下的梁柱结构的配筋结果。
在步骤(1)中，所述的对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，并依据性能化设计将与屈曲约束支撑相连的梁柱结构性能设置为中震不屈服或大震不屈服，从而获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋的方法是：对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，并利用抗震性能化设计方法，获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋。
在步骤(2)中，所述的利用步骤(1)获得的梁柱结构的构件初始配筋，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得屈曲约束支撑的最大内力Fmax以及梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移的方法是：利用步骤(1)获得的梁柱结构的初始配筋，选择符合频谱特性的地震波，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得中震或大震作用下梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，以及屈曲约束支撑的最大内力Fmax。
在步骤(3)中，所述的利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，计算出相对小震作用而言的中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k的方法是：利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，同时结合屈曲约束支撑的骨架曲线，将屈曲约束支撑的最大内力Fmax对应在骨架曲线上的点与骨架曲线原点进行连线，将该连线与水平坐标轴夹角的正切值作为屈曲约束支撑在中震或大震作用下的等效刚度Km，此时屈曲约束支撑的等效刚度Km与屈曲约束支撑小震作用下的初始刚度K的比值k即为中震或大震等效弹性分析中的屈曲约束支撑的刚度折减系数。
在步骤(4)中，所述的利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，计算中震或大震作用下屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，得到中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm的方法是：利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，结合建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第12.3.4-1的公式：
ξ＝Wc/(4πWs)
式中，Wc为所有屈曲约束支撑往复循环一周所消耗的能量；Ws为梁柱结构的总应变能；Ws＝1/2∑Fiui；，其中Fi为梁柱结构的水平地震作用标准值，ui为对应于水平地震作用标准值的位移。
计算出屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，从而得到中震或大震等效弹性分析中梁柱结构的整体附加阻尼比为ξm＝0.05+ξ。
在步骤(5)中，所述的利用步骤(3)获得的屈曲约束支撑的刚度折减系数k和步骤(4)获得的梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，对梁柱结构进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，即可获得中震等效弹性或大震等效弹性分析下的梁柱结构的配筋结果的方法是：对屈曲约束支撑进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，利用步骤(3)中获得中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k，将屈曲支撑刚度折减为初始刚度的k倍，利用步骤(4)中获得的中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，将梁柱结构的整体附加阻尼比调整为ξm，此时分析得到的梁柱配筋即为满足中震不屈服或大震不屈服的梁柱配筋。
本发明提供的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法，解决了现有等效弹性分析方法中屈曲约束支撑刚度和梁柱结构附加阻尼比难以确定的问题，本发明的等效弹性分析方法的屈曲约束支撑刚度和梁柱结构附加阻尼比确定方法简单，且方便工程技术人员掌握，使用者可根据上述方法完成设置屈曲约束支撑结构的性能化设计。
附图说明
图1是采用本发明提供的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法时中震或大震等效弹性分析的屈曲约束支撑等效刚度和初始刚度示意图。
图中
K为初始刚度 Km为等效刚度
Fmax为中震或大震弹塑性时程分析结果中提取屈曲约束支撑的最大内力
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法做出详细说明。
对屈曲约束支撑结构进行小震反应谱分析，并利用抗震性能化设计方法，将与屈曲约束支撑相连的梁柱结构性能设置为中震不屈服或大震不屈服，通过上述分析获得梁柱结构的初始配筋,并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋。
利用上述分析获得的梁柱结构的构件初始配筋对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得屈曲约束支撑的最大内力Fmax以及梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移。
屈曲约束支撑的骨架曲线如图1所示，将屈曲约束支撑的最大内力Fmax所对应在骨架曲线上的点与骨架曲线原点连线，将该连线与水平坐标轴夹角的正切值作为屈曲约束支撑在中震或大震作用下的等效刚度Km，此时屈曲约束支撑的等效刚度Km与屈曲约束支撑小震作用下的初始刚度K的比值k即为中震或大震等效弹性分析中的屈曲约束支撑的刚度折减系数。
根据中震弹塑性分析结果或大震弹塑性分析结果中水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，结合建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第12.3.4-1的公式计算屈曲约束支撑对梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，从而可以得到中震等效弹性分析或中震弹塑性分析中梁柱结构的整体附加阻尼比ξm＝0.05+ξ。
对屈曲约束支撑进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，将屈曲支撑刚度折减为初始刚度的k倍，将梁柱结构的整体附加阻尼比调整为ξm，此时分析得到的梁柱配筋即为满足中震不屈服或大震不屈服的梁柱配筋。

Claims (6)

1.一种基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：所述的等效弹性分析方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，其中依据性能化设计将与屈曲约束支撑相连的梁柱结构性能设置为中震不屈服或大震不屈服，从而获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋；
(2)利用步骤(1)获得的梁柱结构的构件初始配筋，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得屈曲约束支撑的最大内力Fmax以及梁柱结构的水平地震作用标准值Fi和对应于水平地震作用标准值的位移ui，其中i为楼层数；
(3)利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，计算出相对小震作用而言的中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k；
(4)利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，计算中震或大震作用下屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，得到中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm；
(5)利用步骤(3)获得的屈曲约束支撑的刚度折减系数k和步骤(4)获得的梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，对梁柱结构进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，即可获得中震等效弹性或大震等效弹性分析下的梁柱结构的配筋结果。
2.根据权利要求1所述的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，并依据性能化设计将与屈曲约束支撑相连的梁柱结构性能设置为中震不屈服或大震不屈服，从而获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋的方法是：对屈曲约束支撑进行小震反应谱分析，并利用抗震性能化设计方法，获得与屈曲约束支撑相连的梁柱结构的初始配筋，并以该初始配筋作为梁柱结构中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析的构件初始配筋。
3.根据权利要求1所述的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的利用步骤(1)获得的梁柱结构的构件初始配筋，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得屈曲约束支撑的最大内力Fmax以及梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移的方法是：利用步骤(1)获得的梁柱结构的构件初始配筋，选择符合频谱特性的地震波，对梁柱结构进行中震弹塑性时程分析或大震弹塑性时程分析，获得中震或大震作用下梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，以及屈曲约束支撑的最大内力Fmax。
4.根据权利要求1所述的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，计算出相对小震作用而言的中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k的方法是：利用步骤(2)获得的屈曲约束支撑的最大内力Fmax，同时结合屈曲约束支撑的骨架曲线，将屈曲约束支撑的最大内力Fmax对应在骨架曲线上的点与骨架曲线原点进行连线，将该连线与水平坐标轴夹角的正切值作为屈曲约束支撑在中震或大震作用下的等效刚度Km，此时屈曲约束支撑的等效刚度Km与屈曲约束支撑小震作用下的初始刚度K的比值k即为中震或大震等效弹性分析中的屈曲约束支撑的刚度折减系数。
5.根据权利要求1所述的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述的利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，计算中震或大震作用下屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，得到中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm的方法是：利用步骤(2)获得的梁柱结构的水平地震作用标准值和对应于水平地震作用标准值的位移，结合建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第12.3.4-1的公式：
ξ＝Wc/(4πWs)
式中，Wc为所有屈曲约束支撑往复循环一周所消耗的能量；Ws为梁柱结构的总应变能；Ws＝1/2∑Fiui；，其中Fi为梁柱结构的水平地震作用标准值，ui为对应于水平地震作用标准值的位移；
计算出屈曲约束支撑为梁柱结构提供的附加阻尼比ξ，从而得到中震或大震等效弹性分析中梁柱结构的整体附加阻尼比为ξm＝0.05+ξ。
6.根据权利要求1所述的基于弹塑性修正的屈曲约束支撑的等效弹性分析方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述的利用步骤(3)获得的屈曲约束支撑的刚度折减系数k和步骤(4)获得的梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，对梁柱结构进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，即可获得中震等效弹性或大震等效弹性分析下的梁柱结构的配筋结果的方法是：对屈曲约束支撑进行中震等效弹性分析或大震等效弹性分析，利用步骤(3)中获得中震或大震作用下屈曲约束支撑的刚度折减系数k，将屈曲支撑刚度折减为初始刚度的k倍，利用步骤(4)中获得的中震或大震作用下梁柱结构的整体附加阻尼比ξm，将梁柱结构的整体附加阻尼比调整为ξm，此时分析得到的梁柱配筋即为满足中震不屈服或大震不屈服的梁柱配筋。
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