结构抗震设计(基于性能的抗震设计在建筑结构方面应用研究)
基于性能的抗震设计作为一种更加合理的设计理念,代表了未来结构抗震设计的发展方向,受到了各国的广泛关注。“八五”期间国家自然科学基金重大项目“城市与工程减灾基础研究”的相关课题开始涉及这一研究。“九五”期间国家自然科学基金重大项目“大型复杂结构系统的关键科学问题与设计理论”的部分专题包含了这方面的内容。
目前,基于性能的抗震设计思想已经逐渐被许多建筑结构的设计、施工和维护所采用。
一、大跨度悬臂桁架结构
在研究悬臂桁架结构强震破坏机理的基础上,范峰等人详细介绍了基于性能的抗震评估方法——增量动力分析(IDA)的基本原理和具体实施步骤,并阐述了IDA方法相关参数的确定原则。利用该方法对对悬臂桁架结构的有效抗震性能进行了评估,并从概率的角度对悬臂桁架结构在未来地震中的可靠性进行了评估。
二、钢筋混凝土高墩
根据钢筋混凝土高墩的地震响应特性,李正英等人决定采用曲率延性系数作为性能参数,并给出了地震作用下桥墩曲率延性系数对的定量值。以位移延性系数、位移角限值和曲率延性系数为性能评价指标,采用增量动力分析法对对大桥桥墩的抗震性能进行了研究。
第三,桥梁结构
在分析方法的基础上,邹永旺和贺国京应用统计强度折减系数模型,在概率分析方法的基础上,应用随机地震作用模型考虑地震作用的随机性,对桥梁结构在一定烈度和年基准期地震作用下的抗震可靠性进行了评估。
对穆哲,对, 杨光辉和红旗村黄河大桥进行了Pushover分析和抗震能力评估。最后,分析了现有加载模式与非线性分析的区别。Pushover分析方法是预测地震动作用下复杂动力弹塑性问题的一种近似方法,主要讨论地震动作用下结构的变形和受力。其基本原理是施加一定的载荷(如模态载荷、均匀载荷、倒三角形载荷等)。)来模拟地震的水平惯性力。
抗震性能目标是指在给定的设计地震动水平下,结构超过规定抗震性能水平的条件概率,以解决我国公路桥梁抗震设防目标长期以来没有规定预期可靠度的问题;采用一阶二阶矩法建立了基于需求能力系数的抗震性能设计极限状态方程,同时考虑了结构抗震需求和抗震能力的不确定性。
第四,钢筋混凝土框架结构
崔双双和吕大刚采用静力能力谱法、动力能力谱法和时程分析法对对,设计的钢筋混凝土框架结构进行了分析,研究了不同强度需求谱作用下结构整体抗震性能系数的需求值。根据基于备用荷载路径的对, Pushover法“侧向连续倒塌”的破坏模式,采用静力能力谱法、IDA法和位移需求能力系数法,从强度、能耗和变形角度研究了对设计的结构的侧向连续倒塌抗力,并将基于承载力的稳健性指标扩展到基于谱加速度和变形的稳健性指标。根据对,“竖向连续倒塌”破坏模式,采用考虑构件失效加载方案的Pushdown分析法和考虑构件失效持续时间的竖向IDA分析法,分析了受损结构在初始屈服状态、整体屈服状态和极限承载力状态下的竖向连续倒塌抗力,得到了相应的竖向连续倒塌抗力的鲁棒性指标。
在基于性能的抗震设计理论研究的基础上,杨伟和欧进萍首先研究了对帕康提出的双参数损伤模型的简化计算方法,基于现有的“规范设计中的损伤验算”的损伤设计理论(这种损伤性能设计方法是将规范设计中的弹塑性变形验算转化为损伤性能验算),进一步研究了直接基于损伤性能的钢筋混凝土结构抗震设计方法。研究了基于ParkAng损伤模型的弹塑性反应谱(“损伤谱”),综合考虑了结构最大位移反应和累积滞回耗能的耦合效应。
研究了对, 高阶振型结构动力响应的影响,详细推导了考虑高阶振型影响的结构动力方程。对对钢筋混凝土框架进行了模态能力谱分析(简称MPA法)和时程分析,得到的层间位移角曲线、倒三角形、多模态楼板惯性力组合与基本模态荷载下的结果之间的对比表明,对, 高阶振型高层结构的动力响应具有明显的影响,模态能力谱法可以有效提高结构性能评估的准确性。
五、火力发电厂主楼框架排架结构
尹龙星等人讨论了静力弹塑性pushover分析方法在不规则结构分析中的适用性,论证了多维Pushover方法,并考虑了高阶振型对热电厂主厂房框架排架结构的影响,研究了不同荷载模式下结构承载力曲线和破坏模式的差异,分析了不同条件下结构内力、变形、塑性铰分布和时程分析结果的差异。采用ATC40能力谱法和改进的能力谱法对对框架排架结构的抗震性能进行了评估,探讨了能力谱法在不规则结构中的可行性。同时,利用对比值分析了两种方法在评价过程中的优缺点,并给出了不同条件下的应用建议。基于性能的抗震设计是未来结构抗震设计的发展方向,基于损伤性能的抗震设计方法是其重要组成部分。
六.摘要
目前,结构中常用的基于性能的抗震设计分析方法主要包括基于位移的设计方法、基于损伤的设计方法、基于能量的设计方法、综合设计方法、基于可靠性的设计方法等。基于位移的抗震设计方法一般包括延性控制法(能力设计法)、能力谱法和直接基于位移的方法。也就是说,目前结构中常用的基于性能的抗震设计分析方法主要包括静力分析法、动力分析法、能力设计法、结构易损性分析法和综合设计法。静力分析方法主要包括能力谱法、位移修正系数法、设计谱法、自适应谱Pushover分析法、模态Pushover分析法和Ay-Dy地震需求谱法。动力分析方法主要包括弹塑性时程分析、增量动力分析、蚁群优化等。(作者:大连理工大学建筑工程系)