基于结构整体损伤理论的多目标抗震性能评估方法

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基于性能化抗震设计是当今抗震设计的主流趋势,其核心思想是将不同风险程度水平地震作用下,抗震设计满足不同的性能目标。通过多目标、多层次的抗震设计以满足结构“个性”。随着各学者不断的研究,在此基础上提出了基于位移性态谱和基于损伤性态谱的概念。在此背景下,本文以损伤性态谱为主线对其特征参数进行研究,分析各特征参数对损伤性态谱中非线性位移增大系数的影响,并对钢筋混凝土框架结构进行性态水准下结构整体损伤指标的表达,通过钢筋混凝土框架结构以结构整体损伤出发对结构进行静力弹塑性分析建立能力谱,根据结构能力谱和需求谱的比较,对结构进行多目标抗震性能评估。根据所建立的损伤性态谱结合非线性位移增大系数的原理对钢筋混凝土框架结构进行基于损伤性态谱的多目标抗震设计,并对两种方式进行对比。主要研究内容为以下几个方面:(1)根据国内外对于性能化抗震设计的研究现状总结分析,将损伤性态谱的理论与抗震性能化设计相结合。(2)以抗震性能化设计为理论基础,选取弹性反应谱通过等效线性化方法建立损伤性态谱,根据国内外对非线性位移增大系数的研究,对损伤性态谱中非线性位移增大系数进行讨论。分析损伤性态谱其特征参数,如特征周期、延性系数、结构阻尼比以及弹性反应谱对非线性位移增大系数的影响。(3)通过对钢筋混凝土框架结构进行静力弹塑性分析和动力时程分析获得不同加载模式下结构能力曲线和动力时程能力曲线,进行能力曲线对比选取合适的加载模式下的结构能力曲线。根据Ghobarah结构整体损伤模型和钢筋混凝土结构在不同性态水准下的划分,对钢筋混凝土结构进行不同性态水准下结构整体损伤指标的表达。(4)对多层钢筋混凝土框架结构进行静力弹塑性分析建立结构能力谱,根据结构整体损伤模型结合结构能力谱曲线确定结构不同整体损伤下的位移,得到不同整体损伤下与位移之间的关系。采用动力时程分析的方法对结构进行反复迭代,使其达到结构不同整体损伤下确定的位移目标。进而计算出结构在不同整体损伤下的地震需求谱。将静力弹塑性能力谱和结构不同整体损伤下的需求谱在同一张图上表述,结合不同性态水准下的结构整体损伤指标的划分,对结构抗震能力进行判断。通过时程分析得到结构不同整体损伤下与地震加速度的关系,根据设防烈度下大、中、小震对应的地震加速度最大值,确定该设防烈度下所对应的结构整体损伤和位移,确定其能力谱与地震需求谱谱值,并对比设防烈度下能力谱与需求谱的关系,完成基于结构整体损伤的多目标抗震性能评估。(5)对非线性位移增大系数进行扩展,根据选取的钢筋混凝土结构振动特性,从损伤性态谱中确定结构整体损伤和非线性位移增大系数之间的关系。对结构进行弹性时程分析得到结构弹性位移,通过非线性位移增大系数和结构弹性位移确定结构弹塑性位移,对结构进行基于损伤性态谱的多目标抗震性能设计,并与基于结构整体损伤设计进行对比分析。
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