CN110414161A - 一种梭形滞回曲线的参数确定方法及系统 - Google Patents

一种梭形滞回曲线的参数确定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种梭形滞回曲线的参数确定方法，根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系对滞回曲线进行分析，从而可以得到滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数这些参数，从而可以得到滞回曲线丰富的参数，便于后续对滞回曲线进行更精准的分析，具有简单可靠、物理意义明确、适用性广的特点。本发明还对应公开了一种梭形滞回曲线的参数确定系统。

Description

一种梭形滞回曲线的参数确定方法及系统
技术领域
本发明属于建筑结构分析领域，主要涉及一种梭形滞回曲线的参数确定方法及系统。
背景技术
我国是个地震多发的国家，汶川地震、雅安地震、唐山地震等多次地震都造成了重大的人员伤亡和巨大的经济损失。提高建筑的抗震能力是抵抗地震灾害的首要工程任务。对建筑结构进行分析时，建筑结构的力-位移滞回曲线是衡量建筑结构抗震性能的重要数据曲线，能够较为全面的反应建筑结构的抗震性能。当结构的抗震性能较好时，其力-位移滞回曲线的形状通常类似梭形，即两头尖中间鼓的形状。当试验得到滞回曲线后，就可以从其中提取必要的力学参数，用以力学性能分析和工程设计。
现有的滞回曲线分析方法，一般通过对滞回曲线的骨架曲线(即不同位移下滞回环最大值的包络曲线)进行分析初始刚度，屈服后刚度和屈服力这些参数。该方法虽然较为简单且易于操作，但由于试验过程中加载装置常有滑移、摩擦等影响，导致所得到的骨架曲线的刚度误差一般会比较大，从而导致得到的参数误差增大，特别是初始刚度参数。当不同位移滞回环数量比较少时，从骨架曲线提取屈服后刚度误差也很大。另外，该方法能确定的参数只有三个，描述滞回曲线的能力比较有限。当需要更全面描述滞回曲线时，需要給更多的参数。
因此，对于工程中常见的梭形滞回曲线，亟待研究一种力学参数提取误差小且能够提供丰富特征参数的方法。
发明内容
本发明目的在于针对现有方法的缺陷，提供一种梭形滞回曲线的参数确定方法及系统，可以得到滞回曲线丰富的参数，便于后续对滞回曲线进行更精准的分析，具有简单可靠、物理意义明确、适用性广的特点。
为解决上述技术问题，本发明通过以下方案进行实施：
一种梭形滞回曲线的参数确定方法，包括以下步骤：
获取梭形滞回曲线；
根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系，计算所述梭形滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数。
与现有方法相比，本发明的有益方法效果如下：
本发明公开的一种梭形滞回曲线的参数确定方法，根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系对滞回曲线进行分析，从而可以得到滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数这些参数，从而可以得到滞回曲线丰富的参数，便于后续对滞回曲线进行更精准的分析，具有简单可靠、物理意义明确、适用性广的特点。
本方法的进一步改进在于，所述初始刚度参数为最大承载力对应的滞回环的卸载刚度参数。
本方法的进一步改进在于，所述屈服后刚度参数为最大承载力对应的滞回环的屈服后稳定刚度参数。
本方法的进一步改进在于，所述过度刚度参数为所述初始刚度参数与所述屈服后刚度参数之和的均值。
本方法的进一步改进在于，所述强化稳定屈服力参数通过以下步骤计算得到：
获取经过所述滞回曲线的坐标原点的斜率为所述初始刚度参数的第一直线；
获取经过最大承载力点的斜率为所述屈服后刚度参数的第二直线；
获取所述第一直线和第二直线相交的强化稳定屈服力点；
获取所述强化稳定屈服力点对应的承载力为所述强化稳定屈服力参数。
本方法的进一步改进在于，所述初始屈服力参数通过以下步骤计算得到：
获取经过所述强化稳定屈服力点的斜率为所述过度刚度参数的第三直线；
获取经过所述坐标原点及所述强化稳定屈服力点的第四直线；
获取经过所述强化稳定屈服力点及所述最大承载力点的第五直线；
获为最大承载力对应的滞回环与坐标系X轴正半轴相交的最大位移点；
将所述第三直线沿坐标轴向右平移，与第四直线交于第一点，与第五直线交于第二点；
获取以所述坐标原点、所述第一点、所述第二点、所述最大承载力点和所述最大位移点为端点围成的第一图形；
获取以所述坐标原点、所述最大承载力点和所述最大位移点为端点的滞回曲线与X轴围成的第二图形；
当所述第一图形的面积与第二图形的面积相同时，获取此时第一点对应的承载力为所述初始屈服力参数。
本发明还对应公开了一种梭形滞回曲线的参数确定系统，包括：
处理器，内置有执行代码，用于执行上述方法进行参数的确定。
附图说明
图1为本发明实施例中所述的滞回曲线的参数计算方法的步骤示意图；
图2为本发明实施例中所述的梭形滞回曲线的示意图；
图3为本发明实施例中所述的滞回曲线实验数据的示意图；
图4为本发明实施例中所述的滞回曲线参数计算的结果示意图；
图5为本发明实施例中所述的滞回曲线参数计算的结果示意图；
图6为本发明实施例中所述的滞回曲线的双线性模型和三线性模型的示意图；
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施方式对本发明的构思、具体步骤及产生的方法效果作进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例公开了一种梭形滞回曲线的参数确定方法，包括以下步骤：
S1、获取梭形滞回曲线；
S2、根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系，计算梭形滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数。
具体的，步骤S2包括：
S21、初始刚度参数为最大承载力对应的滞回环的卸载刚度参数。
具体的，初始刚度是滞回曲线初始段oa(或ob)的斜率。大量试验结果表明梭形滞回曲线的卸载刚度一般与初始刚度接近。用卸载刚度代替初始刚度能够有效减小试验中加载装置滑移、摩擦的影响。故如图2所示，初始刚度k1取最大承载力对应滞回环的卸载刚度(de段的斜率)。
S22、屈服后刚度参数为最大承载力对应的滞回环的屈服后稳定刚度参数。
具体的，屈服后刚度是指阻尼器屈服后刚度逐渐减小并趋于稳定的值。为了避免当不同加载位移的滞回环较少导致屈服后刚度确定不准确的问题，故如图2所示，屈服后刚度k3取最大承载力对应滞回环的屈服后稳定刚度(fd段的斜率)。
S23、过度刚度参数为初始刚度参数与屈服后刚度参数之和的均值。
具体的，过度刚度可以理解为阻尼器屈服平滑多度段斜率的平均值。故如图2所示，过度刚度k2取初始刚度k1与屈服后刚度k3之和的均值，即k2＝(k1+k3)/2；
S24、通过以下步骤计算得到强化稳定屈服力参数：
获取经过滞回曲线的坐标原点的斜率为初始刚度参数的第一直线；
获取经过最大承载力点的斜率为屈服后刚度参数的第二直线；
获取第一直线和第二直线相交的强化稳定屈服力点；
获取强化稳定屈服力点对应的承载力为强化稳定屈服力参数。
具体的，强化稳定屈服力表示结构构件全截面进入屈服状态。故如图2所示，强化稳定屈服力Fyw取经过原点o斜率为k1的直线和经过最大承载力点d斜率为k3的直线相交的点b 对应的承载力；
S25、通过以下步骤计算得到初始屈服力参数：
获取经过强化稳定屈服力点的斜率为过度刚度参数的第三直线；
获取经过坐标原点及强化稳定屈服力点的第四直线；
获取经过强化稳定屈服力点及最大承载力点的第五直线；
获为最大承载力对应的滞回环与坐标系X轴正半轴相交的最大位移点；
将第三直线沿坐标轴向右平移，与第四直线交于第一点，与第五直线交于第二点；
获取以坐标原点、第一点、第二点、最大承载力点和最大位移点为端点围成的第一图形；
获取以坐标原点、最大承载力点和最大位移点为端点的滞回曲线与X轴围成的第二图形；
当第一图形的面积与第二图形的面积相同时，获取此时第一点对应的承载力为初始屈服力参数。
具体的，初始屈服力表示结构构件局部刚开始进入屈服状态。如图2所示，初始屈服力 Fye由一过b点斜率为k2的直线，逐渐向右平移并与ob和bd分别相交a、c两点，当特征点o、 a、c、d、e围成的面积等于滞回曲线o、d、e的面积时，则Fye等于此时a点对应的承载力。
以下对一次实际试验得到的滞回曲线进行分析作为示例对本实施例做进一步的解释：
图3示出了一次试验获得的梭形滞回曲线，对其使用上述方法进行分析计算，得到其初始刚度参数(de段斜率)、屈服后刚度参数(fd段的斜率)和强化稳定屈服力参数f，如图4 所示，再通过上述方法求得其初始屈服力参数，如图5所示。
后续，可根据上述求得的参数，对图3所示的梭形滞回曲线绘制双线性模型和三线性模型，如图6所示。
具体的，在建筑结构工程设计中，上述求得的参数还可以用于以下用途：
采用初始刚度分析结构的位移、振动周期、振型等力学性能；采用屈服力作为限制判定结构有弹性阶段进入塑性阶段；采用屈服后刚度表示进入屈服后进入塑性的刚度；采用过度刚度代表结构有弹性过度到塑性期间的刚度。由以上参数计算得到滞回曲线的面积，即消耗的能量，进而求得评价结构耗能减震的重要参数——结构等效阻尼比。
具体的，本实施例中公开的方法也可通过处理器中内置的执行代码实现，或是通过硬件实现。
本实施例公开的一种梭形滞回曲线的参数确定方法，根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系对滞回曲线进行分析，从而可以得到滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数这些参数，从而可以得到滞回曲线丰富的参数，便于后续对滞回曲线进行更精准的分析，具有简单可靠、物理意义明确、适用性广的特点。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通方法人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本方法领域中方法人员依本发明构思在现有方法基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的方法方案，均应该在由本发明所确定的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取梭形滞回曲线；
根据最大承载力所对应的滞回环参数、参数间的力学关系以及面积关系，计算所述梭形滞回曲线的初始刚度参数、过度刚度参数、屈服后刚度参数、初始屈服力参数和强化稳定屈服力参数。
2.根据权利要求1所述的梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，所述初始刚度参数为最大承载力对应的滞回环的卸载刚度参数。
3.根据权利要求2所述的梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，所述屈服后刚度参数为最大承载力对应的滞回环的屈服后稳定刚度参数。
4.根据权利要求3所述的梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，所述过度刚度参数为所述初始刚度参数与所述屈服后刚度参数之和的均值。
5.根据权利要求4所述的梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，所述强化稳定屈服力参数通过以下步骤计算得到：
获取经过所述滞回曲线的坐标原点的斜率为所述初始刚度参数的第一直线；
获取经过最大承载力点的斜率为所述屈服后刚度参数的第二直线；
获取所述第一直线和第二直线相交的强化稳定屈服力点；
获取所述强化稳定屈服力点对应的承载力为所述强化稳定屈服力参数。
6.根据权利要求5所述的梭形滞回曲线的参数确定方法，其特征在于，所述初始屈服力参数通过以下步骤计算得到：
获取经过所述强化稳定屈服力点的斜率为所述过度刚度参数的第三直线；
获取经过所述坐标原点及所述强化稳定屈服力点的第四直线；
获取经过所述强化稳定屈服力点及所述最大承载力点的第五直线；
获为最大承载力对应的滞回环与坐标系X轴正半轴相交的最大位移点；
将所述第三直线沿坐标轴向右平移，与第四直线交于第一点，与第五直线交于第二点；
获取以所述坐标原点、所述第一点、所述第二点、所述最大承载力点和所述最大位移点为端点围成的第一图形；
获取以所述坐标原点、所述最大承载力点和所述最大位移点为端点的滞回曲线与X轴围成的第二图形；
当所述第一图形的面积与第二图形的面积相同时，获取此时第一点对应的承载力为所述初始屈服力参数。
7.一种梭形滞回曲线的参数确定系统，其特征在于，包括：
处理器，内置有执行代码，用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法进行参数的确定。
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