一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法技术

一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，它属于结构抗震安全评估技术领域。本发明专利技术解决了目前对结构抗震能力的研究中未考虑初始损伤状态，导致对主震后结构抗震能力的评估的准确性低的问题。本发明专利技术可以有效的考虑初始损伤对结构抗震能力的影响，通过对IDA分析获得的数据进行挑选可以反映出不同损伤程度结构的抗震能力，对筛选数据进行回归分析可得到结构的二维极限状态方程，该方程可以有效考虑初始损伤程度和残余抗震能力的相关性，提高主震后结构抗震能力评估的准确性。本发明专利技术可以应用于结构抗震安全评估技术领域。

An evaluation method of seismic capacity of structures considering the influence of initial damage state

【技术实现步骤摘要】
一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法
本专利技术属于结构抗震安全评估
，具体涉及一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法。
技术介绍
在地震事件中，主震发生后通常会有多次余震发生。在1994年Northridge地震、2011年Tohoku地震等地震事件中，结构在主震作用下仅有轻微损伤，但在随后发生的强度较低的余震作用下，很多轻微损伤的结构出现了严重损伤甚至倒塌。这主要是因为主震的损伤使得结构的力学性能显著下降，从而使得震损结构在余震事件中有较低的抗震能力。而当前各国抗震规范中只考虑了单次地震荷载，显然低估了余震对结构的影响。目前，国内外学者对各种结构开展了多次地震下安全裕度评估的研究，但研究中均假设结构的抗震能力不随结构累积损伤而发生变化，并用完好结构的抗震能力去评估结构在地震序列下的安全裕度。主震后损伤结构的抗震能力显然低于完好结构，因此，未考虑初始损伤状态对结构抗震能力的影响会导致在地震序列作用下的安全评估中高估结构的安全裕度。因此，为了更加准确的对结构进行多次地震下的抗震能力评估，有必要提出一种可以考虑初始损伤程度影响的结构抗震能力评估方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决目前对结构抗震能力的研究中未考虑初始损伤状态，导致对主震后结构抗震能力的评估的准确性低的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，该方法包括以下步骤：步骤一、从PEER地震动数据库中初选择出M条地震动序列，再将初选择出的M条地震动序列与设计谱进行谱匹配，获得精选出的M0条地震动序列；步骤二、利用有限元软件建立安全壳结构模型，利用安全壳结构模型的顶点位移来衡量主震后结构的初始损伤程度和余震下已损结构的动力响应；步骤三、选取峰值加速度来衡量地震动强度，将精选出的M0条地震动序列中主震的峰值加速度均调幅至PGA1；步骤四、利用调幅后的主震对安全壳结构进行非线性时程分析，模拟主震后结构的初始损伤程度，分别记录M0条地震动序列的主震下结构的顶点位移值；步骤五、每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均依次从PGA1调幅至PGAn，利用不同峰值加速度的余震对主震后结构进行非线性时程分析，分别记录M0条地震动序列对应的主震后结构在不同峰值加速度的余震下的顶点位移值；步骤六、每条精选出的地震动序列中主震的峰值加速度均依次从PGA2调幅至PGAn，在不同峰值加速度的主震下，分别重复步骤四和步骤五；步骤七、定义四种极限状态：将混凝土开裂状态定义为极限状态LS1，钢筋屈服状态定义为极限状态LS2，混凝土压碎状态定义为极限状态LS3，结构失效状态定义为极限状态LS4；分别选择出结构在峰值加速度调幅过程中首次达到极限状态LS1时对应的主震和余震下顶点位移值、首次达到极限状态LS2时对应的主震和余震下顶点位移值、首次达到极限状态LS3时对应的主震和余震下顶点位移值以及首次达到极限状态LS4时对应的主震和余震下顶点位移值；步骤八、对步骤七选择出的顶点位移值进行回归分析，得到安全壳结构的二维极限状态方程；根据获得的二维极限状态方程来评估主震后结构的抗震能力。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，本专利技术可以有效的考虑初始损伤对结构抗震能力的影响，通过对IDA分析获得的数据进行挑选可以反映出不同损伤程度结构的抗震能力，对筛选数据进行回归分析可得到结构的二维极限状态方程，该方程可以有效考虑初始损伤程度和残余抗震能力的相关性，提高主震后结构抗震能力评估的准确性，所得二维极限状态方程可直接用于结构在地震序列作用下的抗震安全裕度评估中，随着损伤程度的增加，结构安全裕度评估结果对比相差逐渐显著；对于极限状态LS4，采用本专利技术方法评估的抗震能力可以使安全裕度评估结果，相比于现有方法的安全裕度评估结果的准确率提高17％左右。附图说明图1是本专利技术的一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法的流程图；图2为本专利技术示例中所用钢筋混凝土安全壳结构立面图；其中：安全壳穹顶壁厚为0.762m；筒壁内径为18.898m，其壁厚为1.067m；横向和纵向均布置Φ32钢筋，钢筋间距为80mm；纵向钢筋中心到混凝土边缘的距离为0.1m，横向钢筋中心到混凝土边缘的距离则为0.275m；图3为结构在极限状态LS1下的二维极限状态图；图4为结构在极限状态LS2下的二维极限状态图；图5为结构在极限状态LS3下的二维极限状态图；图6为结构在极限状态LS4下的二维极限状态图。具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，该方法包括以下步骤：步骤一、从PEER(PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter，太平洋地震工程研究中心)地震动数据库中初选择出M条地震动序列，再将初选择出的M条地震动序列与设计谱进行谱匹配，获得精选出的M0条地震动序列；初选择出的M条地震动序列需满足的条件为：(1)主震与余震的震级均大于5.0；(2)主震与余震的峰值加速度PGA大于等于0.1g；(3)主震与余震记录于同一个台站，且该台站位于自由场地；(4)记录地震动台站的场地剪切波速大于360m/s。将初选出的地震动序列与设计谱进行谱匹配，精选出的M0条地震动序列是谱值相差最小的M0条地震动序列。步骤二、利用有限元软件建立安全壳结构模型，利用安全壳结构模型的顶点位移来衡量主震后结构的初始损伤程度和余震下已损结构的动力响应；实际上，可以利用有限元软件Abaqus建立考虑累积损伤的其他结构模型，并确定可以衡量其他结构在主震损伤和余震下动力响应的结构反应指标；步骤三、选取峰值加速度(PGA，Peakgroundacceleration)来衡量地震动强度，将精选出的M0条地震动序列中主震的峰值加速度均调幅至PGA1；步骤四、利用调幅后的主震对安全壳结构进行非线性时程分析，模拟主震后结构的初始损伤程度，分别记录M0条地震动序列的主震下结构的顶点位移值；步骤五、每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均依次从PGA1调幅至PGAn，利用不同峰值加速度的余震对主震后结构进行非线性时程分析，可得到具有初始损伤状态的结构的抗震能力，分别记录M0条地震动序列对应的主震后结构在不同峰值加速度的余震下的顶点位移值；步骤五具体为：将每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均调幅至PGA1，利用峰值加速度为PGA1的余震对主震后结构进行非线性时程分析，记录M0条地震动序列对应的主震后结构在峰值加速度PGA1的余震下的顶点位移值；再将每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均调幅至PGA2，利用峰值加速度为PGA2的余震对主震后结构进行非线性时程分析，记录M0条地震动序列对应的主震后结构在峰值加速度PGA2的余震下的顶点位移值；以此类推，直至将每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均调幅至PGAn，利用峰值加速度为PGAn的余震对主震后结构进行非线性时程分析，记录M0条地震动序列对应的主震后结构在峰值加速度PGAn的余震下的顶点位移值；从PGA1、PGA2、…、PGAn，其中：每次调幅的增幅均为0.1g，即PGA2相对PGA1的增幅为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、从PEER地震动数据库中初选择出M条地震动序列，再将初选择出的M条地震动序列与设计谱进行谱匹配，获得精选出的M0条地震动序列；步骤二、利用有限元软件建立安全壳结构模型，利用安全壳结构模型的顶点位移来衡量主震后结构的初始损伤程度和余震下已损结构的动力响应；步骤三、选取峰值加速度来衡量地震动强度，将精选出的M0条地震动序列中主震的峰值加速度均调幅至PGA1；步骤四、利用调幅后的主震对安全壳结构进行非线性时程分析，模拟主震后结构的初始损伤程度，分别记录M0条地震动序列的主震下结构的顶点位移值；步骤五、每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均依次从PGA1调幅至PGAn，利用不同峰值加速度的余震对主震后结构进行非线性时程分析，分别记录M0条地震动序列对应的主震后结构在不同峰值加速度的余震下的顶点位移值；步骤六、每条精选出的地震动序列中主震的峰值加速度均依次从PGA2调幅至PGAn，在不同峰值加速度的主震下，分别重复步骤四和步骤五；步骤七、定义四种极限状态：将混凝土开裂状态定义为极限状态LS1，钢筋屈服状态定义为极限状态LS2，混凝土压碎状态定义为极限状态LS3，结构失效状态定义为极限状态LS4；分别选择出结构在峰值加速度调幅过程中首次达到极限状态LS1时对应的主震和余震下顶点位移值、首次达到极限状态LS2时对应的主震和余震下顶点位移值、首次达到极限状态LS3时对应的主震和余震下顶点位移值以及首次达到极限状态LS4时对应的主震和余震下顶点位移值；步骤八、对步骤七选择出的动力响应值进行回归分析，得到安全壳结构的二维极限状态方程；根据获得的二维极限状态方程来评估主震后结构的抗震能力。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑初始损伤状态影响的结构抗震能力评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、从PEER地震动数据库中初选择出M条地震动序列，再将初选择出的M条地震动序列与设计谱进行谱匹配，获得精选出的M0条地震动序列；步骤二、利用有限元软件建立安全壳结构模型，利用安全壳结构模型的顶点位移来衡量主震后结构的初始损伤程度和余震下已损结构的动力响应；步骤三、选取峰值加速度来衡量地震动强度，将精选出的M0条地震动序列中主震的峰值加速度均调幅至PGA1；步骤四、利用调幅后的主震对安全壳结构进行非线性时程分析，模拟主震后结构的初始损伤程度，分别记录M0条地震动序列的主震下结构的顶点位移值；步骤五、每条精选出的地震动序列中余震的峰值加速度均依次从PGA1调幅至PGAn，利用不同峰值加速度的余震对主震后结构进行非线性时程分析，分别记录M0条地震动序列对应的主震后结构在不同峰值加速度的余震下的顶点位移值；步骤六、每条精选出的地震动序列中主震的峰值加速度均依次从PGA2调幅至PGAn，在不同峰值加速度的主震下，分别重复步骤四和步骤五；步骤七、定义四种极限状态：将混凝土开裂状态定义为极限状态LS1，钢筋屈服状态定义为极限状态LS2，混凝土压碎状态定义为极限状态LS3，结构失效状态定义为极限状态LS4；分别选择出结构在峰值加...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟长海，包旭，张茂花，温卫平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23