地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及安全监测技术领域，特别是一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统，本发明专利技术方法包括：确定地震强度参数IM；构建一维土体自由场等效线性化模型；构建土‑结构相互作用模型；构建框架结构构件截面模型，计算截面弯矩‑曲率，得到地下结构塑性铰参数；构建含有塑性铰的土‑结构相互作用平面模型，计算地震动下的地下结构性能参数DM。本发明专利技术采用的反应加速度法是拟静力抗震计算方法，用静力的方法分析动力的问题，成功解决了地下结构考虑动力边界的土‑结构相互作用模型一次计算大量耗费机时问题，计算效率高；土体非线性采用等效线性化模型，避免土体不同非线性本构模型带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统
本专利技术涉及安全监测
，特别是一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统。
技术介绍
动力增量分析法（IncrementalDynamicAnalysis，IDA）是将地震动的加速度分别乘以一系列比例系数，使之成为一组不同强度的地震动，结构在这组地震动荷载作用下，分别进行非线性动力时程分析，得到地震动强度与结构性能参数的曲线，即IDA曲线，来研究结构在地震荷载作用下损伤破坏的全过程。该方法最早由Bertero提出，Vamvatsikos&Comell则进行了系统的总结和阐述，并被FEMA35，FEMA351采用，作为分析结构整体倒塌能力的方法。IDA分析方法的重点是选取合适的地震动强度IM和结构性能参数DM，并且为使计算结果达到精度的同时减少运算量，要选取合适的调幅准则。IDA分析方法的基本步骤为：1.选择代表性结构，建立结构的弹塑性分析模型；2.选择代表结构所处场地的地震动记录；3.选择地震动强度参数IM和结构性能参数DM；4.对某一条地震动记录进行单调调幅，得到调幅后的一系列地震动记录；5.单条IDA曲线分析；6.变换原始地震动记录，重复步骤4-5，得到多条IDA曲线；7.多条IDA曲线数据处理；8.用IDA结果评估结构的抗震性能。地下结构土-结构相互作用模型由于要考虑动力边界，规模较大，一次计算就要耗费大量机时。土体在地震中会进入强烈非线性状态，并且土体非线性本构模型众多。综上所述，如果地下结构进行IDA分析，会耗费大量机时，甚至不可行，因此要进行修正。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统，采用的反应加速度法是拟静力抗震计算方法，用静力的方法分析动力的问题，成功解决了地下结构考虑动力边界的土-结构相互作用模型一次计算大量耗费机时问题，计算效率高；土体非线性结构采用等效线性化模型，避免土体不同非线性本构模型带来的影响。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法，包括：根据地下结构所处场地的地震动记录，确定地震强度参数IM；构建一维土体自由场等效线性化模型，分别计算地下结构顶部、底部所处土层相对位移最大时刻的各土层加速度、等效剪切模量和弹性模量；构建土-结构相互作用模型，计算地下结构在重力作用下的单元内力；构建框架结构构件截面模型，计算截面弯矩-曲率，得到地下结构塑性铰参数；构建含有塑性铰的土-结构相互作用平面模型，计算地震动作用下的地下结构性能参数DM。进一步地，确定地震强度参数IM，包括：选取地震动记录中的地震动峰值加速度作为地震强度参数IM。进一步地，构建一维土体自由场等效线性化模型，包括：将土体沿深度划分土层，土体采用等效线性化模型。进一步地，计算地震动作用下的地下结构性能参数DM之后，还包括：绘制单条IDA曲线。进一步地，对单条IDA曲线进行分析，包括：计算小调幅地震动记录下结构的动力反应，得到第1个DM-IM点；将原点与第1个DM-IM点之间连线的弹性斜率记做；继续计算下一调幅地震动记录下结构的动力反应，如该点地下结构出现屈服，则为结构屈服点；继续计算下一调幅地震动记录下结构的动力反应，得到下一个DM-IM点，如该点与前一个DM-IM点之间的斜率大于，或者此点的层间位移角大于10%，继续计算下一调幅地震动下的DM-IM点，否则认为结构将发生倒塌，其中，0<α<1.0,一般α取为0.2。进一步地，还包括：变换原始地震动记录，得到多条IDA曲线，并分别进行分析。进一步地，构建土-结构相互作用模型，包括：采用有限元软件构建土-结构相互作用模型。进一步地，计算截面弯矩-曲率，包括：采用截面能力分析软件计算截面弯矩-曲率。本专利技术还提供一种地下结构抗震倒塌能力的分析系统，包括：地震强度参数设定模块，用于根据地下结构所处场地的地震动记录，确定地震强度参数IM；一维土体自由场等效线性化模型构建计算模块，用于构建一维土体自由场等效线性化模型，并且分别计算地下结构顶部、底部所处土层相对位移最大时刻的各土层加速度、等效剪切模量和弹性模量；土-结构相互作用模型第一构建计算模块，用于构建土-结构相互作用模型，并且计算地下结构在重力作用下的单元内力；框架结构构件截面模型构建计算模块，用于构建框架结构构件截面模型，并且计算截面弯矩-曲率，以得到地下结构塑性铰参数；土-结构相互作用模型第二构建计算模块，用于构建含有塑性铰的土-结构相互作用平面模型，并计算地震动作用下的地下结构性能参数DM。进一步地，还包括：IDA曲线绘制模块，用于绘制IDA曲线。进一步地，还包括：IDA曲线分析模块，用于分析IDA曲线，得到该IDA曲线的屈服点、倒塌点等。进一步地，所述土-结构相互作用模型第一构建计算模块和土-结构相互作用模型第二构建计算模块均采用有限元软件。进一步地，所述框架结构构件截面模型构建计算模块采用截面能力分析软件。本专利技术提供一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法，具有如下有益效果：1.采用的反应加速度法为拟静力抗震计算方法，用静力的方法分析动力的问题，成功解决了地下结构考虑动力边界的土-结构相互作用模型一次计算大量耗费机时问题，计算效率高；2.土体非线性采用等效线性化模型，避免土体不同非线性本构模型带来的影响；3.土体非线性采用一维自由场等效线性化，可以采用一维场地土层地震响应分析的通用程序计算，结构非线性采用集中塑性铰模型，可以使用通用有限元软件进行计算。地下结构抗震倒塌能力的分析系统的有益效果与地下结构抗震倒塌能力的分析方法类似，不再赘述。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的地下结构抗震倒塌能力的分析方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例所提供的地下结构抗震倒塌能力的分析系统的结构框架图;图3为地下车站截面及配筋图；图4为地下车站混凝土材料参数；图5为土层参数；图6为Elcentro地震波加速度时程；图7为土体等效线性化模型；图8为地下车站顶板与底板相对位移最大时刻的各土层加速度沿深度分布图；图9为地下车站顶板与底板相对位移最大时刻的等效剪切模量沿深度分布图；图10为地下车站顶板与底板相对位移最大时刻的弹性模量沿深度分布图；图11为截面能力分析模型中柱截面图；图12为含塑性铰的土-结构相互作用模型的示意图；图13为框架塑性铰分布示意图；图14为单条IDA曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合具体情况说明本专利技术的示例性实施例：本专利技术提供一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法，主要包括以下步骤：根据地下结构所处场地的地震动记录，确定地震强度参数IM；构建一维土体自由场等效线性化模型，分别计算地下结构顶部、底部所处土层相对位移最大时刻的各土层加速度、等效剪切模量和弹性模量；构建土-结构相互作用模型，计算地下结构在重力作用下的单元内力；构建框架结构构件截面模型，计算截面弯矩-曲率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，包括：根据地下结构所处场地的地震动记录，确定地震强度参数IM；构建一维土体自由场等效线性化模型，分别计算地下结构顶部、底部所处土层相对位移最大时刻的各土层加速度、等效剪切模量和弹性模量；构建土‑结构相互作用模型，计算地下结构在重力作用下的单元内力；构建框架结构构件截面模型，计算截面弯矩‑曲率，得到地下结构塑性铰参数；构建含有塑性铰的土‑结构相互作用平面模型，计算地震动作用下的地下结构性能参数DM。

【技术特征摘要】
1.一种地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，包括：根据地下结构所处场地的地震动记录，确定地震强度参数IM；构建一维土体自由场等效线性化模型，分别计算地下结构顶部、底部所处土层相对位移最大时刻的各土层加速度、等效剪切模量和弹性模量；构建土-结构相互作用模型，计算地下结构在重力作用下的单元内力；构建框架结构构件截面模型，计算截面弯矩-曲率，得到地下结构塑性铰参数；构建含有塑性铰的土-结构相互作用平面模型，计算地震动作用下的地下结构性能参数DM。2.根据权利要求1所述的地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，确定地震强度参数IM，包括：选取地震动记录中的地震动峰值加速度作为地震强度参数IM。3.根据权利要求1所述的地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，构建一维土体自由场等效线性化模型，包括：将土体沿深度划分土层，土体采用等效线性化模型。4.根据权利要求1所述的地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，计算地震动下的地下结构性能参数DM之后，还包括：绘制单条IDA曲线，并对单条IDA曲线进行分析。5.根据权利要求4所述的地下结构抗震倒塌能力的分析方法，其特征在于，对单条IDA曲线进行分析，包括：计算小调幅地震动记录下结构的动力反应，得到第1个DM-IM点；将原点与第1个DM-IM点之间连线的弹性斜率记做；继续计算下一调幅地震动记录下结构的动力反应，得到第2个DM-IM点，如该点地下结构出现屈服，则为结构屈服点；继续计算下一调幅地震动记录下结构的动力反应，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：董正方，康帅，李运华，李凤丽，王丽萍，蔡宝占，王琮皓，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41