巨型框架及其减震结构基于性能的震后损失评估

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangguoxiandinana
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地震灾害引起建筑物中结构构件和非结构构件的破坏、建筑功能的中断,造成大量的人员伤亡和财产损失,因此研究建筑物在震后破坏程度及由此造成的直接经济损失和人员伤亡显得尤为必要。美国联邦紧急事务管理署(FEMA)在第二代性能评估理论框架的基础上提出了新一代基于性能的建筑物震后损失评估方法,用于指导地震风险决策、降低未来地震损失。该方法考虑了多种损失估计的不确定性对结构进行损失估计,主要包括地震动强度的不确定性,结构反应的不确定性,损伤变量的不确定性和决策变量的不确定性,对于防灾减灾工作具有较好的理论意义和实用价值。本文采用新一代基于性能的震后损失评估方法,对课题组设计的研究算例-巨型框架及其减震结构在罕遇地震作用下的直接经济损失和人员伤亡情况进行评估。通过估计两个不同建筑模型的震后损失结果,不仅可以验证减震结构的减震效果,更主要的是将新一代基于性能的震后损失评估方法进行实际检验,为进一步发展符合我国规范的性能评估方法提供参考。论文取得的主要研究成果如下:  (1)为准确应用新一代基于性能的震后损失评估方法进行建筑物震后损失评估,本文阐述了该震后损失评估方法的流程、所需工具,以及根据不同的评估类型所采用的不同评估方式的优缺点。  (2)为研究超高层钢筋混凝土结构的倒塌模式,本文采用有限元分析软件建立了巨型框架及其减震结构的分析模型,对其进行倒塌易损性分析。结果发现,普通巨型框架在增量动态分析时,多发生由于底层巨柱失效导致的结构整体竖向坍塌。部分倒塌情况为结构薄弱层层间位移过大,巨柱损伤破坏严重退出工作导致结构横向倾覆倒塌。而减震结构在有限元模拟中并未产生倒塌,只有当结构层间位移角达到了我国抗震规范的限值,认为其倒塌。可偏于保守的认为巨型框架及其减震结构的最终倒塌模式均为整体倒塌。  (3)为判断巨型框架及其减震结构在罕遇地震作用下的构件破坏情况,本文采用有限元分析软件分别计算结构在罕遇地震作用下的层间位移角、楼层加速度等工程需求参数值。结果发现,巨型框架的巨型层相对于巨型框架的普通层,抗震能力更强,但相邻楼层属于薄弱层,在地震动作用下更容易发生破坏甚至产生倒塌。通过两者的对比,发现减震结构在罕遇地震作用下具有更好的抗震性能。  (4)建立巨型框架及其减震结构的建筑性能模型时,考虑到所建模型并非实际工程,故关于性能模型的部分信息无法得到。重置成本根据部分调查得到单位面积成本,乘以总建筑面积得到。考虑到性能评估计算软件Performance AssessmentCalculation Tool(简称PACT)开发较早,为更好的使用该软件为本文模型服务,采用2015年中国合肥和2011年美国加利福尼亚两个地区的人均GDP比值的方式,将重置成本换算成美国标准,对建筑物进行震后损失评估,即使用该软件时计算出的直接经济损失情况以2011年美国加利福尼亚地区为标准,更符合设计者初衷,以达到减小评估结果误差的目的。  (5)采用PACT对巨型框架及其减震结构建立建筑性能模型,并进行性能计算,得到评估结果。结果发现,在罕遇地震作用下,结构虽然没有发生倒塌,也没有产生人员伤亡,但非结构构件的破坏严重,且以加速度敏感构件(即同样的加速度更容易发生破坏的构件)的破坏程度为甚。和原型巨型框架结构相比,含减振子结构的巨型框架结构震后修复费用有所减少,具有较好的减震效果。
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