一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，属于地震损失评估技术领域；包括以下步骤：根据场地特征，选择与地震加速度反应谱匹配的近断层地震动；利用有限元软件建立结构数值模型；提取结构楼层水平和竖向加速度或速度响应并计算出组合响应；根据概率模型判断出何时需同时考虑水平与竖向地震共同激励下的损失评估；对非结构构件进行数值建模求出倾覆破坏概率；根据倾覆破坏概率修正易损性曲线，计算单个构件的地震经济损失期望，最终得出整个建筑的非结构系统的地震经济损失。与传统只考虑水平地震作用下非结构系统地震经济损失的评估方法不同，本发明专利技术考虑了多维地震输入的工程实际，提高地震损失评估计算结果的准确性。算结果的准确性。算结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法


[0001]本专利技术涉及一种非结构构件及设备地震经济损失的评估方法，具体涉及一种一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，属于地震损失评估


技术介绍

[0002]不同于第一代基于性能的抗震设计，第二代抗震设计理论包括四个模块，分别为地震危险性分析、结构响应分析、结构损伤分析或易损性分析和结构损失评估。参考指标不再单是结构工程语言，如层间位移角、转角变形等等，而是经济损失或修复费用、修复时间、人员伤亡数量等等。此外，工程界近些年强调的韧性建筑与韧性城乡概念对建筑结构在地震作用下的经济损失和功能恢复周期提出了新的要求。美国联邦紧急事务管理署(FEMA)出台的FEMA P
‑
58规程及我国的《建筑抗震韧性评价标准》规范中均提出了非结构构件及设备地震经济损失评估的方法流程。非结构构件分为加速度敏感型和速度敏感型等，主流规范中给出了各类非结构构件的易损性模型，通过结构数值模型得到的工程需求参数(Engineering Demand Parameter,EDP)来判别非结构构件和设备的损伤状态并求解地震经济损失。
[0003]随着社会经济的发展，各类重要设备的经济价值越来越高，地震作用导致建筑结构非结构系统的经济损失占比巨大。然而，建筑物所处场地的不同、输入地震动维数不同、建筑物功能的不同都会引起非结构系统经济损失评估的不准确。现行损失评估方法中存在以下问题：
[0004]1)随着震源距的减小，地震动竖向加速度峰值与水平向加速度峰值的比值(V/H)不断增大，近断层地震动的竖向地震作用更加显著，而目前已有的评估方法忽略竖向加速度的影响，造成损失评估偏小于实际情况。
[0005]2)损失评估所需的工程需求参数主要为楼层峰值加速度和楼层峰值速度等指标，现行评估方法中关注楼层水平加速度和水平速度，基于水平地震作用试验得出易损性曲线参数，未考虑设备在水平与竖向地震共同作用下的易损性差异。
[0006]3)对于价值昂贵的重要设备，对其进行的损失评估需要更高的准确性目前仅考虑水平地震作用的影响是不够的。
[0007]因此，本专利技术方法能对非结构构件或设备组成的非结构系统在水平与竖向地震共同作用下的经济损失进行评估。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：克服现有技术中存在的不足，提供一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，针对加速度或速度敏感型的非结构构件，将楼层竖向加速度/速度作用对非结构构件/设备损伤的影响考虑在内，并基于有限元软件建立结构数值模型，将水平与竖向地震激励共同输入，建立考虑竖向地震作用的加速度或速度敏感型非结构构件与设备地震经济损失评估新模型，提供更加全面准确的评估。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，包括以下步骤：
[0010]S1、选取地震动：
[0011]根据建筑物所在场地特征，选取10
‑
20组的地震动，每组地震动包含水平地震动记录和竖向地震动记录，保证竖向地震动地面加速度峰值PGAv与水平地震动地面加速度峰值PGAh比值恒定的情况下，水平地震动或竖向地震动与相应水平或竖向设计地震加速度反应谱匹配；
[0012]S2、建立结构数值模型：
[0013]根据建筑物的结构类型，采用有限元软件建立建筑的结构数值模型，当结构为平面规则结构时可建立平面二维有限元数值模型，当结构为平面不规则结构时建立空间三维有限元数值模型；
[0014]S3、提取结构楼层加速度或楼层速度响应：
[0015]将上述步骤S1中的水平和竖向地震分量作为上述步骤S2中得到的结构数值模型的输入地震激励，提取楼层楼面位置处的水平和竖向加速度/速度时程响应，并采用SRSS组合方法计算出组合加速度/速度响应；
[0016]将楼层加速度或楼层速度响应作为工程需求参数EDP，并根据FEMA P
‑
58或《建筑抗震韧性评价标准》确定设备或非结构构件的易损性参数；
[0017]S4、根据上述步骤S3中得到的楼面水平加速度/速度时程响应、水平与竖向的组合加速度/速度响应，采用最大似然估计拟合楼面水平加速度/速度峰值与组合加速度/速度峰值的比值Rp的概率模型，判断出何时需考虑水平与竖向共同激励下的损失评估；
[0018]S5、分解建筑结构非结构系统，建立各非结构构件或设备的性能模型，计算倾覆破坏概率：
[0019]建筑结构的非结构系统是由除结构构件之外的构件或设备组成，对各类非结构构件或设备进行数值建模，根据上述步骤S4中的判断结果，分别将楼面水平加速度/速度时程响应和水平与竖向组合加速度/速度时程响应作为输入激励，求解在楼面水平和竖向加速度/速度作用下设备的倾覆响应，基于多条时程分析工况，分别得到水平加速度/速度单独作用下非结构构件或设备的倾覆破坏概率P1，水平与竖向加速度共同作用下非结构构件或设备的倾覆破坏概率P2；
[0020]S6、修正现有的易损性曲线，构建考虑竖向地震作用的易损性模型：
[0021]将上述步骤S5中得出的倾覆破坏概率P1和P2用于描述非结构构件或设备受水平和竖向加速度作用的易损特性，基于传统水平地震易损性曲线，其修正后的易损性模型包括根据超越概率求解易损性曲线的修正参数得到的易损性模型，以及根据倾覆破坏概率P1和P2的数值差异直接修正易损性曲线参数得到的易损性模型；
[0022]S7、计算单个非结构构件或设备在水平与竖向地震激励下的地震经济损失：
[0023]每次时程分析得到一组工程需求参数，基于上述步骤S5中得出的多条时程分析工况结果，将各次时程分析的工程需求参数组装为矩阵，并采用蒙特卡洛模拟方法扩充工程需求参数EDP矩阵，计算单个非结构构件或设备在修正易损性曲线后的地震经济损失期望，并采用上述步骤S6中得出的修正参数，计算出单个非结构构件或设备的地震经济损失A；
[0024]S8、计算整个建筑非结构系统的的地震经济损失：
[0025]当每个楼层含有不同类型和数量的非结构构件及设备时，将上述步骤S7中计算得出的各楼层不同类型的非结构构件及设备的损失期望进行求和，得到整个建筑的地震经济损失R。
[0026]所述步骤S1中，由于针对近断层场地的建筑结果，该场地下地震的竖向分量较为显著，选取的地震动记录中竖向地震动地面加速度峰值PGAv与水平地震动地面加速度峰值PGAh的比值大于0.65。
[0027]所述步骤S2中，平面二维结构模型的地震输入为单向水平与竖向组合输入；空间三维结构模型的地震输入为双向水平与竖向组合输入。
[0028]所述步骤S3中，对于加速度或速度敏感型的非结构构件或设备，可提取楼层楼面位置处的加速度或速度时程响应，并采用相同的组合方法进行组合；
[0029]组合加速度/速度响应的计算公式为：
[0030][0031]式中，FA
t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、选取地震动：根据建筑物所在场地特征，选取多组近断层地震动，每组地震动包含水平地震动记录和竖向地震动记录，水平地震动或竖向地震动与相应水平或竖向设计地震加速度反应谱匹配；S2、建立结构数值模型：根据建筑物的结构类型，采用有限元软件建立建筑的结构数值模型，当结构为平面规则结构时可建立平面二维有限元数值模型，当结构为平面不规则结构时建立空间三维有限元数值模型；S3、提取结构楼层加速度或楼层速度响应：将上述步骤S1中的水平和竖向地震分量作为上述步骤S2中得到的结构数值模型的输入地震激励，提取楼层楼面位置处的水平和竖向加速度/速度时程响应，并采用SRSS组合方法计算出组合加速度/速度响应；将楼层加速度或楼层速度响应作为工程需求参数EDP，并根据FEMA P
‑
58或《建筑抗震韧性评价标准》确定设备或非结构构件的易损性参数；S4、根据上述步骤S3中得到的楼面水平加速度/速度时程响应、水平与竖向的组合加速度/速度响应，采用最大似然估计拟合楼面水平加速度/速度峰值与组合加速度/速度峰值的比值Rp的概率模型，判断出何时需考虑水平与竖向共同激励下的损失评估；S5、分解建筑结构非结构系统，建立各非结构构件或设备的性能模型，计算倾覆破坏概率：建筑结构的非结构系统是由除结构构件之外的构件或设备组成，对各类非结构构件或设备进行数值建模，根据上述步骤S4中的判断结果，分别将楼面水平加速度/速度时程响应和水平与竖向组合加速度/速度时程响应作为输入激励，求解在楼面水平和竖向加速度/速度作用下非结构构件或设备的倾覆响应，基于多条时程分析工况，分别得到水平加速度/速度单独作用下非结构构件或设备的倾覆破坏概率P1，水平与竖向加速度共同作用下非结构构件或设备的倾覆破坏概率P2；S6、修正现有的易损性曲线，构建考虑竖向地震作用的易损性模型：将上述步骤S5中得出的倾覆破坏概率P1和P2用于描述非结构构件或设备受水平和竖向加速度作用的易损特性，基于传统水平地震易损性曲线，其修正后的易损性模型包括根据超越概率求解易损性曲线的修正参数得到的易损性模型，以及根据倾覆破坏概率P1和P2的数值差异直接修正易损性曲线参数得到的易损性模型；S7、计算单个非结构构件或设备在水平与竖向地震激励下的地震经济损失：每次时程分析得到一组工程需求参数，基于上述步骤S5中得出的多条时程分析工况结果，将各次时程分析的工程需求参数组装为矩阵，并采用蒙特卡洛模拟方法扩充工程需求参数EDP矩阵，计算单个非结构构件或设备在修正易损性曲线后的地震经济损失期望，并采用上述步骤S6中得出的修正参数，计算出单个非结构构件或设备的地震经济损失A；S8、计算整个建筑非结构系统的的地震经济损失：当每个楼层含有不同类型和数量的非结构构件及设备时，将上述步骤S7中计算得出的
各楼层不同类型的非结构构件及设备的损失期望进行求和，得到整个建筑的地震经济损失R。2.根据权利要求1所述的一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，其特征在于：所述步骤S1中，由于针对近断层场地的建筑结果，故选取的地震动记录中竖向地震动地面加速度峰值PGAv与水平地震动地面加速度峰值PGAh的比值大于0.65。3.根据权利要求1所述的一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，其特征在于：所述步骤S2中，平面二维结构模型的地震输入为单向水平与竖向组合输入；空间三维结构模型的地震输入为双向水平与竖向组合输入。4.根据权利要求1所述的一种考虑多维地震输入的非结构系统地震损失评估方法，其特征在于：所述步骤S3中，对于加速度或速度敏感型的非结构构件或设备，可提取楼层楼面位置处的加速度或速度时程响应，并采用相同的组合方法进行组合；组合加速度/速度响应的计算公式为：式中，FA
t<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健泽，王文泽，钱雨凡，戴靠山，王泽宇，虞江艳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：