[发明专利]一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方法

说明书

本发明公开了一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方法，其包括以下步骤：步骤a、根据荷载位移曲线建立结构模型的三线性骨架曲线；步骤b、在结构模型上施加侧向力；步骤c、判别结构是否在负刚度状态；步骤d、计算结构变形量：若结构不存在负刚度段，则基于力‑位移关系直接得到变形量；若结构存在负刚度段，则以正刚度代替负刚度段，并基于能量平衡原则将原负刚度段做功与处理后的正刚度做功相等，以求解原负刚度段的变形量；步骤e、输出位移结果。本发明的基于能量平衡的结构负刚度段处理方法在针对结构抗震非线性分析时为结构存在负刚度段的计算提供一种新方法和思路，且具有思路简单、计算方便、计算效率高的优点。

技术领域

本发明涉及建筑结构抗震分析技术领域，尤其涉及一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方法。

背景技术

随着社会对建筑结构安全性要求不断地提高，建筑结构在中大震作用下将进入塑性阶段，可能导致结构破坏，甚至引起倒塌；因此，预测结构的震前抗力并提出加固建议就显得尤为关键。

需指出的是，基于动力弹塑性的时程分析能够较好地预测地震响应，但这种方法需要牺牲大量的时间；而静力弹塑性分析因计算简便，可以初步评估建筑结构抗震性能，这就为建筑结构抗震性能的评估提供了另外一条有效的途径。

另外，在进行建筑结构抗震分析过程中，结构弹塑性骨架曲线存在下降段(即负刚度段)，处理较为困难且不便于计算。目前负刚度段问题的处理方法有虚加刚性弹簧法、位移控制法、强制迭代法、特征刚度法、求解变态方程法等；然而，上述负刚度段处理方法虽然能够在一定程度上解决结构分析中的部分问题，但应用起来并不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方法，该基于能量平衡的结构负刚度段处理方法思路简单、计算方便、计算效率高。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方法，包括以下步骤，具体的：

步骤a、根据荷载位移曲线建立结构模型的三线性骨架曲线；

步骤b、在结构模型上施加侧向力；

步骤c、判别结构是否在负刚度状态；

步骤d、计算结构变形量：

若结构不存在负刚度段，则基于力-位移关系直接得到变形量；

若结构存在负刚度段，则以正刚度代替负刚度段，并基于能量平衡原则将原负刚度段做功与处理后的正刚度做功相等，以求解原负刚度段的变形量；

步骤e、输出位移结果。

其中，于所述步骤a中，在建立结构模型的三线性骨架曲线时，对结构骨架曲线进行标定并将结构骨架曲线简化为三线性段，该三线性段依次为：

第一线性段为弹性段，并取初始弹性刚度k_α1作为第一线性段的斜率；

第二线性段为弹塑性段，并取刚度k_α2作为第二线性段的斜率；

第三线性段为负刚度段，并取刚度-k_α3作为第三线性段的斜率。

其中，于所述步骤d中，基于能量平衡原则，求解原负刚度段的变形量，具体计算步骤为：

步骤d1、原负刚度段做功：处理后的正刚度做功：上式中k_α3为正，前面负号表示负刚度；

步骤d2、令原负刚度段做功与处理后的正刚度做功相等，即令W＝W′，则有k_α3Δu²+2F_α2Δu-(2F_α2Δu′+k′_α3Δu′²)＝0；