一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，包括如下步骤：确定砌体结构特性和地震动特性参数及其概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成地震‑结构样本库；分析砌体结构概率抗震能力，确定结构最大层间弹塑性位移角能力限值及其概率分布；分析砌体结构概率抗震需求，采用非迭代静力计算方法确定结构最大层间弹塑性位移角需求及其概率分布；通过结构概率抗震能力和概率抗震需求计算地震反应需求的超越概率，确定砌体结构的易损性曲线。本发明专利技术采用非迭代静力弹塑性方法计算砌体结构的易损性曲线，可以有效避免迭代计算，计算效率高，同时可准确评定砌体结构在地震作用下的抗震性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法
：本专利技术涉及抗震性能评估
，具体而言，本专利技术尤其涉及一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法。
技术介绍
：基于性能的抗震设计方法通过设定适当的抗震性能目标进行结构抗震设计，使结构在不同强度地震作用下的损伤程度和经济损失满足业主的要求。美国太平洋地震工程研究中心(PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter,PEER)提出的基于性能的地震工程全概率决策框架将结构的抗震性能评估分为四部分研究内容，其中地震易损性是其中一个重要组成部分。易损性从概率的角度定量的描述建筑结构的抗震性能，更直观地反映出地震动强度与建筑结构破坏程度之间的关系，也为结构抗震加固、风险评估等研究提供必要的依据。建立砌体结构地震易损性曲线的方法可分为三种：第一种主要采用经验法(震害调查法、专家调查法等)获得统计意义上结构的易损性曲线或易损性矩阵；第二种主要采用概率性分析方法(MonteCarlo法、拉丁超立方等)和非线性时程分析法对结构在地震下的反应(位移、延性、损伤指数等)进行分析，并与采用损伤指标(位移、延性、损伤指数等)划分结构的损伤状态水平进行对比和统计分析，进而得到结构的易损性曲线；第三种是采用多种概率性分析方法和多种新型分析方法(非线性静力推覆分析法、能力谱法等)对结构进行地震易损性分析。砌体结构是我国城镇建筑的主要结构形式之一，量大面广，不同年代的经济状况不同，城镇砌体结构的设计方法和抗震措施不同，导致各类砌体结构抗震能力差异较大。现行基于性能的抗震性能评估方法中并没有考虑不同构造砌体结构性能水平的差异，因此不能准确评估砌体结构的抗震性能。根据抗震措施的差异将多层砌体结构分为五个抗震措施类别，以静力非线性分析方法为基础，提出了新的砌体结构易损性分析方法，可为城镇多层砌体结构的抗震性能评估、直接经济损失估计提供依据。
技术实现思路
：本专利技术提供了一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，该方法计算效率高，同时保持了计算的准确度，可有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，包括如下步骤：步骤S1、确定砌体结构特性和地震动特性参数及其概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成地震-结构样本库；步骤S2、分析砌体结构概率抗震能力，根据抗震措施类别砌体结构的性能水平，确定结构最大层间位移角能力限值θc及变异系数βc；步骤S3、分析砌体结构概率抗震需求，采用非迭代静力计算方法确定结构最大层间位移角需求均值及变异系数βd；步骤S4、通过结构概率抗震能力和概率抗震需求计算地震反应需求的超越概率，确定砌体结构的易损性曲线。优选地，所述步骤S1中生成的地震-结构样本库包括如下步骤：步骤S1-1、确定结构和地震动的随机变量，包括材料强度、几何尺寸、重力荷载、地震动强度、特征周期，并确定其概率分布模型和变异系数；步骤S1-2、根据各参数的概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成随机的地震-结构样本库。优选地，根据抗震措施类别将砌体结构分为五类：A类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；B类措施，除按现行标准要求设置圈梁外，在下列部位设置构造柱：外墙四角及对应转角，错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧，楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应墙体处；C类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处，隔12～15m或单元横墙与外纵墙交接处；D类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：隔开间横墙轴线与外墙交接处，山墙与内纵墙交接处；E类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：内墙轴线与外墙交接处，内纵墙与横墙轴线交接处，内墙的局部较小墙垛处。优选地，所述步骤S1中确定结构最大层间位移角需求均值包括如下步骤：步骤S3-1、根据多层砌体结构剪切性薄弱层破坏机制计算各楼层屈服强度系数ξi，由楼层屈服强度系数最小值确定结构薄弱层，计算结构薄弱层的抗力折减系数R＝1/ξi,min；步骤S3-2、根据结构基本周期T0,e，计算等效单自由度体系结构的有效弹性周期Teff和有效阻尼比ζeff；步骤S3-3、根据有效弹性周期Teff和有效阻尼比ζeff，计算结构位移的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C；步骤S3-4、根据上述得到的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C，计算等效单自由度体系的屈服谱位移Sdy和弹塑性谱位移Sdp；步骤S3-5、根据第一阵型确定结构阵型高度系数，计算结构最大层间位移角需求θmax；步骤S3-6、重复步骤S3-1至步骤S3-5，计算所有地震-结构样本的最大弹塑性层间位移角需求，得到最大层间位移角需求均值及变异系数βd。优选地，所述步骤S3-1中各楼层屈服强度系数ξi的计算过程为：其中，ξi为i层的楼层屈服强度系数，n为结构总层数，α为罕遇或设防烈度地震的地震影响系数，ρi为i层计算方向的墙率(楼层高度1/2处该方向墙体面积与单层建筑面积之比)，与计算方向直交方向的墙率为ρ’i，λg为单位面积重力荷载代表值的换算系数(以0.012N/mm2为基准，λg＝gE/0.012)，f2,i为i层砌筑砂浆强度，i为砌体结构建筑的楼层数。优选地，所述步骤S3-2中结构基本周期T0,e、有效弹性周期Teff和有效阻尼比ζeff的计算公式分别为：T0,e＝0.02(H+1.2)其中，H为房屋高度(m)，Tg为场地卓越周期，ζ0为结构弹性粘滞阻尼系数。优选地，所述步骤S3-3中阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C计算公式分别为：优选地，所述步骤S3-4中屈服谱位移Sdy和弹塑性谱位移Sdp计算公式分别为：其中，g为重力加速度。优选地，所述步骤S3-5中，结构最大层间位移角需求θmax的计算过程为：结构薄弱层屈服位移需求为其中，h为薄弱层层高，Γh为振型高度系数，对于不规则的多层砌体结构，假定其整体结构的塑性位移完全由薄弱层产生，薄弱层的弹塑性位移需求为δp＝δy+(Sdp-Sdy)对于较规则的多层砌体结构，假定整体结构的塑性位移大部分由薄弱层产生，小部分由薄弱层相邻层产生，薄弱层的弹塑性位移需求为结构最大层间位移角需求θmax为优选地，所述步骤S4中，通过结构概率抗震能力和概率抗震需求计算地震反应需求的超越概率的计算过程为：结构抗震能力θc和地震响应需求θmax均服从对数正态分布，超越概率为式中，LSi为对应于结构性能水平的量化指标限值。与现有技术相比，本专利技术的一种基于增量静力方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、确定砌体结构特性和地震动特性参数及其概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成地震-结构样本库；/n步骤S2、分析砌体结构概率抗震能力，根据抗震措施类别砌体结构的性能水平，确定结构最大层间位移角能力限值θ

【技术特征摘要】
1.一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、确定砌体结构特性和地震动特性参数及其概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成地震-结构样本库；
步骤S2、分析砌体结构概率抗震能力，根据抗震措施类别砌体结构的性能水平，确定结构最大层间位移角能力限值θc及变异系数βc；
步骤S3、分析砌体结构概率抗震需求，采用非迭代静力计算方法确定结构最大层间位移角需求均值及变异系数βd；
步骤S4、通过结构概率抗震能力和概率抗震需求计算地震反应需求的超越概率，确定砌体结构的易损性曲线。


2.如权利要求1所述的一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，其特征在于，所述生成的地震-结构样本库还包括如下步骤：
步骤S1-1、确定结构和地震动的随机变量，包括材料强度、几何尺寸、重力荷载、地震动强度、特征周期，并确定其概率分布模型和变异系数；
步骤S1-2、根据各参数的概率分布模型，采用蒙特卡罗法生成随机的地震-结构样本库。


3.如权利要求1所述的一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，其特征在于，根据所述的抗震措施类别将砌体结构分为五类：
A类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；
B类措施，除按现行标准要求设置圈梁外，在下列部位设置构造柱：外墙四角及对应转角，错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧，楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应墙体处；
C类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处，隔12～15m或单元横墙与外纵墙交接处；
D类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：隔开间横墙轴线与外墙交接处，山墙与内纵墙交接处；
E类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：内墙轴线与外墙交接处，内纵墙与横墙轴线交接处，内墙的局部较小墙垛处。


4.如权利要求1所述的一种基于增量静力方法的非迭代砌体结构易损性分析方法，其特征在于，计算所述砌体结构的最大层间位移角需求还包括如下步骤：
步骤S3-1、根据多层砌体结构剪切性薄弱层破坏机制计算各楼层屈服强度系数ξi，由楼层屈服强度系数最小值确定结构薄弱层，计算结构薄弱层的抗力折减系数R＝1/ξi,min；
步骤S3-2、根据结构基本周期T0,e，计算等效单自由度体系结构的有效弹性周期Teff和有效阻尼比ζeff；
步骤S3-3、根据有效弹性周期Teff和有效阻尼比ζeff，计算结构位移的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C；
步骤S3-4、根据上述得到的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C，计算等效单自由度体系的屈服谱位移Sdy和弹塑性谱位移Sdp；
步骤S3-5、根据第一阵型确定结构阵型高度系数，计算结构最大层间位移角需求θmax；
步骤S3-6、重复步骤S3-1至步骤S3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永群，蒋利学，王卓琳，许清风，高润东，陈玲珠，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31