与规范反应谱相对应的Clough-Penzien模型参数研究

根据我国现行抗震规范(GB50011-2001)的反应谱曲线,对Clough-Penzien模型的参数取值进行了具体研究。采用时间包络函数考虑地震动的非平稳性,根据加速度峰值等效原则确定了谱强度因子S0的表达式,表明谱强因子不仅与地面加速度特性、场地类别有关,而且与结构的动力特性(阻尼比、自振周期)有关。最后对谱强度因子计算做了简化处理,为随机抗震计算分析提供了参考依据。

修正Clough滞回模型下的地震力调整系数

采用反向加载时刚度退化的修正克拉夫(Modified-Clough,MC)滞回模型,计算了单自由度体系(SDOF)在四类场地下各74～106条地震波输入后的弹塑性动力时程响应,得到了不同自振周期、延性、阻尼比和后期刚度系数等参数组合下的地震力调整系数R。结果表明,影响R的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而且只在短周期范围内比较明显。对R谱的横轴做标准化处理后,较好地保留了R谱在特征周期处的峰值特征,并提出了R的计算公式。为了分析耗能能力、刚度退化的影响,将延性和耗能能力作为两个独立变化的因素,分析了理想弹塑性(EPP)、剪切滑移(SSP)和无任何耗能能力的双线性弹性(BIL)模型下的R谱,与MC滞回模型下的R谱一起相互之间进行了对比。结果表明,在延性保持相同的情况下耗能能力在中长周期结构中对地震力调整系数几乎没有影响,这一结论对美日等国近几年引入一些注重延性而不单纯看重耗能能力的细部构造提供了理论解释。在中等周期范围内,刚度退化的MC结构比EPP结构的强度需求反而要小。

基于扩展Lagrange乘子的Clough接触面模型及应用

双曲线接触面本构模型能比较真实地模拟堆石材料与混凝土面板间的接触关系,扩展Lagrange乘子法能比较精确地计算接触面间接触状态。在吸取Clough双曲线接触面本构关系应用于无厚度的Goodman单元和有厚度的Desai薄层单元的成功经验的基础上,将Clough双曲线接触面模型引入扩展Lagrange乘子法进行摩擦接触问题的求解。介绍了基于扩展Lagrange乘子法的序列二次规划法(SQP)提法,详细推导了在扩展Lagrange算法的非线性接触计算中引入Clough双曲线接触面本构关系的数值列式和实施步骤。数值算例和工程实例的计算结果证明该方法是成功的,能够比较真实地模拟堆石-混凝土墙(混凝土面板)之间的接触状态。

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角恢复力模型

采用Clough双线性恢复力模型作为双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角关系恢复力模型。推导了骨架线上两个控制点即屈服点和极限点的弯矩、转角计算式。基于建立的弯矩-转角恢复力模型,计算了9个双壁空心管柱试件截面的屈服弯矩和极限弯矩以及水平力加载位置的屈服水平位移、极限水平位移和水平力-位移滞回曲线,计算结果与试验结果符合较好。

Clough-Penzien参数选取在公共工程项目管理决策中的应用

Clough-Penzien模型的参数合理选取在公共工程项目管理的前期设计决策中起着至关重要的作用,不仅关系公共工程项目安全性,也关系到公共项目管理的经济性。分析中参照国际知名学者的取值方法,给出了与我国规范相适应的模型设计参数。研究表明:合理的模型设计参数应当对场地条件(软土、硬土)有明显的区分度,为应用随振动理论进行公共工程项目抗震设计及管理分析提供了依据,并成功运用到河南电视塔项目的管理实施中。

普通混凝土结构与自复位结构的地震弹塑性反应谱

针对钢筋混凝土结构的典型滞回模型(Clough模型)与新型自复位结构的旗帜型模型,通过对国内外大量地震波输入下的单自由度体系弹塑性反应谱分析,结合我国规范规定的各类场地特征,给出了适用于普通混凝土结构与自复位结构的等延性折减系数谱。并对其进行了多段折线函数拟合,拟合结果在结构的常见周期段内误差小于10%,可满足工程实践的精度要求。比较Clough模型与旗帜型模型弹塑性反应谱的差异,结果表明,自复位结构在相同的变形预期下有着更高的承载力需求,必须对结构的耗能能力与承载力进行合理设计才能满足预期的变形要求。

等延性屈服点谱YPS

采用反向加载时刚度退化的修正克拉夫(Modified-Clough,MC)滞回模型,计算单自由度体系(SDOF)在4类场地下共370条地震波输入后的弹塑性动力时程响应。利用屈服位移在结构设计过程中的稳定性,提出了可描述屈服位移和屈服强度系数之间关系,且辐线周期用地震波特征周期标准化的屈服点谱YPS(YieldingPointSpectra)。以屈服位移作为基本设计参数的YPS谱是一种等延性反应谱,其不但可以直接用于抗震结构的弹塑性设计,还可以用于验算结构在地震作用下的最大弹塑性位移反应。

弹塑性屈服强度需求系数谱

为了更方便合理地计算地震力,利用单自由度(SDOF)体系弹塑性动力时程分析程序,对反向加载时刚度退化的修正克拉夫滞回模型,计算了四类场地下共370条地震波输入后的结构动力响应,给出了具有不同保证率的弹性强度系数eη谱和地震力折减系数Rμ谱及其计算公式,分析表明这两种谱的特征周期不同.利用两者相除计算不同保证率的弹塑性屈服强度系数yημ谱,并与程序直接计算的弹塑性统计谱进行了比较.发现如果eη谱和Rμ谱采用相同的特征周期TgR谱来归一化,得到的曲线与实际的yημ谱符合得不好,为此最后直接给出了采用加速度谱的特征周期Tga归一化的ηyμ谱.结果表明,四类场地的ηyμ谱变化趋势一致,当T<Tga时,ηyμ谱随着周期T的增大而增大;当T>Tga时,ηyμ谱将随周期T指数下降.