多级地震作用下工程结构抗震性能设计评估方法技术

本发明专利技术属于土木工程领域，涉及工程结构抗震设计评估方法。该方法包括以下步骤：（1）确定设防烈度、性能水准、性能目标、结构方案，按照抗震规范进行多遇地震作用的承载力设计、截面配筋和能力构造设计；（2）根据振型参与质量系数，确定振型数量；（3）基于性能水准和每一振型下的等效单自由度模型，确定性能水准的地震动，建立地震动‑地震需求的量化关系；（4）获得地震需求，采用平方和开方组合或完全二次振型组合确定模态反应；（5）振型响应组合后，转为结构位移，判断是否满足顶点位移、层间位移和构件性能目标要求；（6）在多性能水准下，预测评估地震动水准。本发明专利技术提供了抗震性能设计评估的新方法和新思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程领域，涉及工程结构抗震设计评估方法。
技术介绍
抗震性能设计评估的宗旨是在结构抗震安全设计的基础上，控制地震造成的损失。这种先进的设计思想已被世界各国学者认同，是世界各国抗震设计规范的发展方向，广泛应用于工程抗震设计评估。工程抗震设计评估允许设计者在抗震规范最低安全水准基础上，进行相应的抗震设计评估，因此，建立新的工程结构抗震性能设计评估方法十分必要。抗震性能设计评估思想发展大致经历了两个阶段。第一代抗震性能设计评估是以性能水平(包括立即居住、正常使用、生命安全、防止倒塌等)的非线性响应指标(包括层间位移、顶点位移、构件曲率、损伤指标等)为导向，以静动力线性、非线性分析方法(包括能力谱法、目标位移法、动力时程分析等)为手段完成的。第二代抗震性能设计评估是以本质(基于地震动和结构)和认知(基于认识和知识)的不确定性分析与传播为主线，以概率描述为表征，通过条件概率相连完成的。抗震性能设计评估方法可以概括为以下四类：1)基于位移的结构抗震性能设计评估方法；2)基于能量的结构抗震性能设计评估方法；3)基于损伤的结构抗震性能设计评估方法；4)基于概率的结构抗震性能设计评估方法。其中基于位移的结构抗震性能设计评估方法应用最为广泛。基于位移的结构抗震性能设计评估方法主要有三种思路：延性控制设计方法、直接基于位移设计方法和性能评估方法。延性控制设计方法，也称能力设计方法，是指在确保结构构件具有一定承载力的条件下，使结构构件具有足够的延性和变形能力，是由新西兰的Armstrong于1972年针对延性框架结构首先提出，1975年Park和Paulay对这一方法进行了完善(Park R,Paulay T.Reinforced concrete structures[M].New York:Wiley-Interscience,1975)，其本质是通过建立构件的位移延性或截面曲率延性与塑性饺区混凝土极限应变的关系，由塑性饺区的定量约束箍筋来保证混凝土能够达到所要求的极限变形，从而使结构构件具有足够的延性和变形能力，已在现行规范和设计中得到应用。2003年5月国际混凝土联合会推出了报告《钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计》(FIP Task Group7.2.Displacement-based seismic design of reinforced concrete buidings[R].Lausanne,Switzerland:International Federation for Structrual Concrete,2003)，将现有基于位移的分析方法分为：①基于变形的设计方法(deformation calculation based，简称DCB)，②基于规定变形的迭代法(iterative deformation specification based，简称IDSB)，③基于规定变形的设计方法(direct deformation Specification based，简称DDSB)。基于规定变形的直接方法，又称直接基于位移设计方法是从目标位移出发(Priestley M J N,Calvi G M,Kowalsky M J.Displacement-based seismic design of structure[M].Pavia,Italy:IUSS Press,2007)，对结构刚度、承载力以及构件变形能力进行设计，但由于需要解构位移、割线刚度误差较大、与现行规范可靠度不能衔接等原因，未在工程设计中广泛应用。性能评估方法通过静力非线性分析(静力非线性Pushover分析)，得到能力曲线，结合单自由反应谱，确定设防地震动下的性能点，性能点的确定主要有能力谱法、目标位移法和规范简化法。能力谱法是Pushover分析确定性能点核心方法(FEMA 440.Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures[R].Federal Emergency Management Agency,Washington,D.C.,2005；FEMA 273.NEHRP Guidelines for seismic rehabilitation of buildings[R].Federal Emergency Management Agency,Washington,D.C.,1997；FEMA 356.Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings[R].Federal Emergency Management Agency,Washington,D.C.,2000；ATC-40.Seismic evaluation and retrofit of existing concrete buildings[R].Applied Technology Council,RedWood City,California,1996)，可将非线性单自由度体系等效为一系列高阻尼比且刚度低于原结构的弹性体系，按等效阻尼比折减弹性反应谱作为需求曲线，但需要迭代，可能出现迭代不收敛，不同类型结构位移可能低估或高估(FEMA440.Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures[R].Federal Emergency Management Agency,Washington,D.C.,2005；Chopra A K,Goel R K.Capacity-demand diagram methods based on inelastic design spectrum[J].Earthquake Spectra,1999,15(4):637-656；Miranada E,Akkar S D.Evaluation of iterative schemes in equivalent liner methods[R].Earthquake Engineering Research Institute,2003)，为此，FEMA440(2005)全面修订了等效周期、等效阻尼比和迭代格式(FEMA 440.Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures[R].Federal Emergency Management Agency,Washington,D.C.,2005)。Fajfar(1966)和Chopra(1999)基于强度折减系数，采用弹塑性反应谱作为需求曲线(Chopra A K,Goel R K.Capacity-demand diagram methods based on inelastic design spectrum[J].Earthquake Spectra,1999,15(4):637-656；Fajfar P,Gaspersic P.The N2 method for the seis本文档来自技高网...

【技术保护点】
多级地震作用下工程结构抗震性能设计评估方法，包括以下步骤：（1）确定设防烈度、性能水准、性能目标、结构方案，按照抗震规范进行多遇地震作用的承载力设计、截面配筋和能力构造设计；（2）根据振型参与质量系数，确定振型数量；（3）基于性能水准和每一振型下的等效单自由度模型，确定性能水准的地震动，建立地震动‑地震需求的量化关系；（4）获得地震需求，采用平方和开方组合或完全二次振型组合确定模态反应；（5）振型响应组合后，转为结构位移，判断是否满足顶点位移、层间位移和构件的性能目标求；（6）在多性能水准下，预测评估地震动水准。

【技术特征摘要】
1.多级地震作用下工程结构抗震性能设计评估方法，包括以下步骤：（1）确定设防烈度、性能水准、性能目标、结构方案，按照抗震规范进行多遇地震作用的承载力设计、截面配筋和能力构造设计；（2）根据振型参与质量系数，确定振型数量；（3）基于性能水准和每一振型下的等效单自由度模型，确定性能水准的地震动，建立地震动-地震需求的量化关系；（4）获得地震需求，采用平方和开方组合或完全二次振型组合确定模态反应；（5）振型响应组合后，转为结构位移，判断是否满足顶点位移、层间位移和构件的性能目标求；（6）在多性能水准下，预测评估地震动水准。2.根据权利要求1所述的多级地震作用下工程结构抗震性能设计评估方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文锋，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37