应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法技术

本发明专利技术公开了应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，通过计算构件剪跨比和弯剪比确定构件变形指数限值，并通过构件变形指数限值推算关键骨架曲线点，最终建立PFLPH单元的本构骨架曲线图。本发明专利技术可以良好地模拟构件的强度退化效应、良好地反应剪跨对构件力学性能的影响、良好地反应配箍对构件力学性能的影响和良好地反应材料类型对构件滞回特性的影响。

【技术实现步骤摘要】
应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法
本专利技术涉及结构抗震领域和数值模拟的
，尤其涉及应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法。
技术介绍
选择单元本构模型是数值建模中必不可少的关键步骤，单元本构模型的好坏直接影响到数值分析的精确度。目前国内外主流的单元本构模型包括纤维单元和集中塑性铰单元。纤维单元可以分为刚度法纤维单元和柔度法纤维单元，刚度法纤维单元简称为位移元，柔度法纤维单元简称为应力元。位移元纤维单元利用线性拉格朗日插值公式构造轴向位移场，利用3次哈梅特插值公式构造切向位移场。然而，二者都具有一定局限性。应力元纤维单元假定轴力和剪力在单元内部为常值，利用线性插值公式来求取截面弯矩。然而，无论是位移元纤维单元还是应力元纤维单元，他们都无法模拟梁构件的强度退化机制，这使得使用纤维单元的数值模型的力学性能无法得到正确地评估。集中塑性铰单元是数值模拟梁、柱等杆系构件时常用地一种单元模型。常用地集中塑性铰单元包括弯矩型-塑性铰单元和弯矩-轴力相关型塑性铰单元。前者一般用来模拟构件截面轴力可以忽略的情况，后者一般用来模拟构件截面弯矩和轴力相互作用的情况。除此之外，根据变形指标的不同，上述每种集中塑性铰单元又可以进一步分为转角型塑性铰单元和曲率型塑性铰单元。前者用转角作为塑性铰变形的度量，后者用曲率作为塑性铰变形的度量。然而，在进行数值建模时，常规的集中塑性铰单元无法反映剪跨比和配箍率对构件力学性能的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的无法模拟梁构件的强度退化机制和无法反映剪跨比和配箍率对构件力学性能的影响，提供了应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，包括以下步骤：S1、构件在不同工况下得到多个弯矩值和多个剪力值，通过计算多个所述弯矩值得到组合弯矩值，通过计算多个所述剪力值得到组合剪力值，根据所述组合弯矩值和组合剪力值计算得到弯剪比和剪跨比；S2、根据所述弯剪比和剪跨比确定构件的破坏形态，在所述破坏形态下再根据所述弯剪比和所述构件的配箍率确定构件变形指数限值，得到构件位移角-性能状态关系表；S3、所述构件在不同工况下得到多个构件屈服弯矩和多个构件极限弯矩，根据多个所述构件屈服弯矩计算得到构件抗弯屈服承载力，根据多个所述构件极限弯矩计算得到1.1倍构件抗弯极限承载力；S4、根据所述构件位移角-性能状态关系表、所述构件抗弯屈服承载力和所述1.1倍构件抗弯极限承载力，确定多个关键骨架曲线点；S5、根据多个所述键骨架曲线点，绘制性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；S6、根据所述性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图，通过软件分析得到所受内力与性能指标关系曲线图。更优的选择，步骤S4中多个所述关键骨架曲线点包括Y点、U点、L点和R点，所述Y点对应所述构件的轻微损坏状态，所述U点对应所述构件的轻度损坏形态，所述L点为对应所述构件的中度损坏形态，所述R点对应所述构件的严重损坏形态。更优的选择，步骤S6中的所述所受内力与性能指标关系图包括性能前馈集中塑性铰单元和纤维单元的滞回曲线对比图、不同剪跨构件滞回曲线对比图、不同配箍率构件滞回曲线对比图和不同材料类型构件滞回曲线对比图。更优的选择，步骤S2中的所述破坏形态包括弯控、弯剪控和剪控。更优的选择，步骤S2中的所述构件变形指标限值包括钢筋混凝土构件变形指标限值或型钢混凝土构件变形指标限值。更优的选择，步骤S1中的所述组合弯矩值的计算公式为MD+0.5ML+αME，MD为构件在恒荷载工况下的弯矩值；ML为构件在活荷载工况下的弯矩值；ME为构件在水平地震作用工况下的弯矩值；α为地震力系数。更优的选择，步骤S1中的所述组合剪力值的计算公式为VD+0.5VL+αV，VD为构件在恒荷载工况下的剪力值；VL为构件在活荷载工况下的剪力值；VE为构件在水平地震作用工况下的剪力值；α为地震力系数。本专利技术相对现有技术具有以下优点及有益效果：本专利技术通过应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，可以良好地模拟构件的强度退化效应，良好地反应剪跨对构件力学性能的影响，良好地反应配箍对构件力学性能的影响，良好地反应材料类型对构件滞回特性的影响。附图说明图1是本专利技术的应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法流程图；图2是本专利技术的能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；图3是本专利技术的连梁的I截面的能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；图4是本专利技术的连梁的J截面的能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；图5是本专利技术的性能前馈集中塑性铰单元与纤维单元的滞回曲线对比图；图6是本专利技术的不同剪跨构件滞回曲线对比图；图7是本专利技术的不同配箍率构件滞回曲线对比图；图8是本专利技术的不同材料类型构件滞回曲线对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的专利技术目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。性能前馈集中塑性铰单元，英文全称为PerformanceFeedforwardLumpedPlasticHinge，简称为PFLPH单元。本实施例以连梁为例，应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，包括以下步骤：S1、构件在不同工况下得到3个弯矩值和3个剪力值；根据3个弯矩值通过计算得到组合弯矩值，根据3个剪力值通过计算得到组合剪力值，再根据组合弯矩值和组合剪力值得到弯剪比m和剪跨比λ。组合弯矩值M的计算公式：M＝MD+0.5ML+αMEM为构件在组合不同工况下的弯矩值，简称组合弯矩值；MD为构件在恒荷载工况下的弯矩值；ML为构件在活荷载工况下的弯矩值；ME为构件在水平地震作用工况下的弯矩值；α为地震力系数。组合剪力值V的计算公式：V＝VD+0.5VL+αVEV为构件在组合不同工况下的剪力值，简称组合剪力值；VD为构件在恒荷载工况下的剪力值；VL为构件在活荷载工况下的剪力值；VE为构件在水平地震作用工况下的剪力值；α为地震力系数。弯剪比m计算公式：M为组合弯矩值；V为组合剪力值；Mn为偏心受力构件抗弯承载力，计算中钢筋和混凝土取材料强度平均值；Vn为偏心受力构件抗剪承载力，计算中钢筋和混凝土取材料强度平均值。剪跨比λ计算公式：λ为剪跨比；M为计算截面与剪力值V相应的弯矩值；V为计算截面与弯矩值M相应的剪力值；h0为截面有效高度。本实施例中取该连梁的两个端截面为控制截面，分别编号为I截面和J截面，首先计算两个截面的弯剪比和剪跨比。S2、根据表1中的弯剪比和剪跨比确定构件的破坏形态，再根据表2中的弯剪比和构件的配箍率确定构件变形指数限值(根据弯剪比和剪跨比在广东《建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程》中可查得构件的所有性能指标)，得到表3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构件在不同工况下得到多个弯矩值和多个剪力值，通过计算多个所述弯矩值得到组合弯矩值，通过计算多个所述剪力值得到组合剪力值，根据所述组合弯矩值和组合剪力值计算得到弯剪比和剪跨比；/nS2、根据所述弯剪比和剪跨比确定所述构件的破坏形态，在所述破坏形态下再根据所述弯剪比和所述构件的配箍率确定构件变形指数限值，得到构件位移角-性能状态关系表；/nS3、所述构件在不同工况下得到多个构件屈服弯矩和多个构件极限弯矩，根据多个所述构件屈服弯矩计算得到构件抗弯屈服承载力，根据多个所述构件极限弯矩计算得到1.1倍构件抗弯极限承载力；/nS4、根据所述构件位移角-性能状态关系表、所述构件抗弯屈服承载力和所述1.1倍构件抗弯极限承载力，确定多个关键骨架曲线点；/nS5、根据多个所述键骨架曲线点，绘制性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；/nS6、根据所述性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图，通过软件分析得到所受内力与性能指标关系曲线图。/n

【技术特征摘要】
1.应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构件在不同工况下得到多个弯矩值和多个剪力值，通过计算多个所述弯矩值得到组合弯矩值，通过计算多个所述剪力值得到组合剪力值，根据所述组合弯矩值和组合剪力值计算得到弯剪比和剪跨比；
S2、根据所述弯剪比和剪跨比确定所述构件的破坏形态，在所述破坏形态下再根据所述弯剪比和所述构件的配箍率确定构件变形指数限值，得到构件位移角-性能状态关系表；
S3、所述构件在不同工况下得到多个构件屈服弯矩和多个构件极限弯矩，根据多个所述构件屈服弯矩计算得到构件抗弯屈服承载力，根据多个所述构件极限弯矩计算得到1.1倍构件抗弯极限承载力；
S4、根据所述构件位移角-性能状态关系表、所述构件抗弯屈服承载力和所述1.1倍构件抗弯极限承载力，确定多个关键骨架曲线点；
S5、根据多个所述键骨架曲线点，绘制性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图；
S6、根据所述性能前馈集中塑性铰单元的本构骨架曲线图，通过软件分析得到所受内力与性能指标关系曲线图。


2.根据权利要求1所述应用性能前馈集中塑性铰单元的抗震分析方法，其特征在于，步骤S4中多个所述关键骨架曲线点包括Y点、U点、L点和R点，所述Y点对应所述构件的轻微损坏状态，所述U点对应所述构件的轻度损坏形态，所述L点为对应所述构件的中度损坏形态，所述R点对应所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：季静，高榛，吴梓楠，林静聪，韩小雷，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44