[发明专利]三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法

说明书

本发明公开了一种三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法，1)确定三维塑性铰的初始位移屈服面；2)确定三维塑性铰位移性能面；3)在初始位移屈服面内选择一点O，三维塑性铰位移空间上任意一点M与点O相连形成一条直线，该直线与初始位移屈服面相交于一点R，与位移性能面相交于一点Q，定义MR/QR为修正需能比；根据修正需能比大小即可确定该位移空间任意点M的性能状态，采用本方法，可以很容易确定塑性铰所处位移空间上任意点的性能状态，用于实际结构在某种荷载作用下性能的判断，指导结构设计，特别适用于结构抗震方面的设计和分析。

技术领域

本发明涉及塑性铰性能判定，具体指一种三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法，本方法也能够用于现有的一维塑性铰分析，属于塑性铰性能评价技术领域。

背景技术

目前通常使用平面模型来分析结构的弹塑性，塑性铰通常也为一维的弯曲铰，对其性能评价也用一维的延性概念，如图1所示。图1为简单的一维的力—变形曲线，F_Y和D_Y是处于初始屈服状态的力和变形，在处于D₁状态时的延性为D₁/D_Y。

然而，随着计算机和计算方法的发展，结构弹塑性分析也进入三维时代，塑性铰也随之为三维铰。三维铰模型再也不可能像一维铰那样可以画出一维关系曲线(弯曲铰为弯矩-转角曲线)，只能用力空间、位移空间、力和位移空间的关系来描述。力空间为轴力-弯矩1-弯矩2，需要给出初始屈服面和后继屈服面，位移空间为轴向位移-转角1-转角2，每个点的位移为弹性位移和塑性位移之和，力和位移空间的关系为塑性流动法则。

从以上的三维铰模型可以看出，用传统的延性评价方法来评价现有的三维塑性铰是无法操作的，因为传统的评价方法面临的是一个初始屈服点(根据分析工作者定义)，而三维塑性铰会有无数个初始屈服情况，每个初始屈服情况在位移空间有一个点与之对应，这样无数个初始屈服位移点会形成一个初始位移屈服面。而结构的弹塑性反应会在位移空间的任意一个点，每个点的延性系数显然要根据初始位移屈服面来评价。为此需要探究新的延性评价方法，但必须能够将传统的延性评价方法包含之内，也就是说，传统的延性评价方法为新的延性评价方法的一个特例。同时，位移空间上的任意点其性能状态如何，是处于其可承受的受力状态并具有可再加载外力的能力，还是处于破坏临界点或者已经破坏，或者超过其正常承受力正趋于破坏状态，在目前尚难以确定，这将直接影响结构的设计、对结构的有效使用及受力分析。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法，通过本方法，可以很容易确定塑性铰所处位移空间上任意点的性能状态，用于实际结构在某种荷载作用下性能的判断，指导结构设计，特别适用于结构抗震方面的设计和分析。

本发明的技术方案是这样实现的：

三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法，步骤如下，

1)确定三维塑性铰的初始位移屈服面；

2)确定三维塑性铰位移性能面，该位移性能面代表了三维塑性铰达到某种性能状态所对应的位移面，该某种性能状态由用户根据实际情况确定；

3)在初始位移屈服面内选择一点O，三维塑性铰位移空间上任意一点M与点O相连形成一条直线，该直线与初始位移屈服面相交于一点R，与位移性能面相交于一点Q，定义MR/QR为修正需能比；当点M在初始位移屈服面内时，MR为负，反之为正；根据修正需能比大小即可按下述判断规则确定该位移空间任意点M的性能状态，

当修正需能比为1，点M在位移性能面上；

当修正需能比大于1，点M在位移性能面外；

当修正需能比小于1大于0，点M在位移性能面内与初始位移屈服面之间；

当修正需能比等于0；点M在初始位移屈服面上；