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3.能量设计概念(第一讲)
3. 能量设计概念 （近代抗震技术2005-2006第一学期） * 3.1能量消耗分析 3.1.1 能量消耗随地震强度的变化 3.1.2 能量消耗随建筑物不同层的变化 3.2 能量设计的基本思想 3.1能量消耗分析 结构的运动方程为: 积分得: （1） （2） 令Ek代表动能，Ec代表阻尼耗能，Eh代表滞回耗能，EI代表地震输入能量。 （2）可写作： （3） 3.1能量消耗分析 （续1） 4.1能量消耗分析： （续2） 4.1.1 能量消耗随地震强度的变化 以5层钢筋混凝土框架结构为例，强震时耗能如图所示。 图3-1 五层结构的能量反应时程 (输入地震波为El Centro波，最大加速度0.341g) 由图中可看出Ek 和Ec的耗能较少，Eh占总能量的大部分，这里Eh的耗能是以结构的破坏为代价的。随着强震动增强，建筑物出现裂缝与变形，非线性变形消耗的能量Eh越来越大。 3.1能量消耗分析 （续2） 3.1.2 能量消耗随建筑物不同层的变化 下面两图给出底层刚度变化时，El-Centro波能量输入的耗能情况： 图3-2 均匀刚度 图3-3 底部刚度减为原刚度1/2 图中E1, E2,E3, E4,E5分别表示5层楼每层所消耗的能量，由图3-3可见，底部刚度降低为原刚度的1/2时，底层消耗的能量有较大幅度的增加。 下面两图给出底层刚度变化时，Taft波能量输入的耗能情况： 图3-4 均匀刚度 图3-5 底部刚度减为原刚度1/2 图中E1, E2,E3, E4,E5分别表示5层楼每层所消耗的能量，由图3-5可见，底部刚度降低为原刚度的1/2时，底层消耗的能量有较大幅度的增加。 3.1能量消耗分析（续3） 3.1.3 结论 （1）结构底层消耗的能量占很大比重，当底层的刚度减小时，地震输入能量会大幅度降低。 780 1500 Taft波 470 700 El centro波 底部刚度减半时地震能量输入（t·cm） 各层刚度均匀时地震能量输入（t·cm） 表3-1 不同地震下的能量输入 对结构进行基础隔震（相当于底层柔性），会起到很好的减振效果。 （2）当某一楼层刚度柔软时，则地震能量集中在该层消耗。 例如，当第三层刚度减半时，得到在不同最大加速度时，结构各层能量分布图： 图3-6 不同最大加速度时结构各层能量分布 因此，在进行结构设计时，应避免刚度突变的情况。 * *
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