(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210500906.4 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 东莞理工学院 地址 523000 广东省东莞 市松山湖大 学路1 号东莞理工学院 (72)发明人 刘良坤　陈家乐　邸博　秦任远　 (74)专利代理 机构 东莞市鑫创意知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 44894 专利代理师 刘剑平 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于能量平衡的结构负刚度段处理方 法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 114925421 A 2022.08.19 CN 114925421 A 1.一种基于能量平衡的结构负刚度段处 理方法， 其特 征在于， 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。 2.根据权利要求1所述的一种基于能量平衡的结构负刚度处理方法， 其特征在于： 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kα 1作为第一线性段的斜 率； 第二线性段为弹 塑性段， 并取刚度kα 2作为第二线性段的斜 率； 第三线性段为负刚度段， 并取刚度 ‑kα 3作为第三线性段的斜 率。 3.根据权利要求2所述的一种基于能量平衡的结构负刚度处理方法， 其特征在于： 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kα 3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kα3Δu2+2Fα2 Δu‑(2Fα 2Δu′+k′α 3Δu′2)＝0； 步骤d3、 利用一元二次方 方程求根公式得到： 步骤d4、 将步骤d3中的一元二次方 方程求根公式剔除负数项， 以获得： 4.根据权利要求1所述的一种基于能量平衡的结构负刚度处理方法， 其特征在于： 于所 述步骤b中， 在施加侧向力时， 需根据结构高度、 结构类型、 振型信息选择不同的侧向力模 式。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114925421 A 2一种基于能量平衡的结构负刚度段处理 方法 技术领域 [0001]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 [0002]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 。 [0003]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。 [0004]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 [0005]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。 [0006]为达到上述目的， 本发明通过以下技 术方案来实现。 [0007]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： [0008]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； [0009]步骤b、 在结构模型 上施加侧向力； [0010]步骤c、 判别结构是否在负刚度状态； [0011]步骤d、 计算结构变形量： [0012]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； [0013]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； [0014]步骤e、 输出位移结果。 [0015]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： [0016]第一线性段为弹性段， 并取初始弹性刚度kα 1作为第一线性段的斜 率； [0017]第二线性段为弹 塑性段， 并取刚度kα 2作为第二线性段的斜 率； [0018]第三线性段为负刚度段， 并取刚度 ‑kα 3作为第三线性段的斜 率。 [0019]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：说　明　书 1/3 页 3 CN 114925421 A 3