空間鋼框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分析.pdf

1、目前規(guī)范中的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法可以總結(jié)為“三水準(zhǔn)，兩階段”，以保證在地震作用下，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生倒塌，危及使用者的生命安全。但是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，往往結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備及一些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性和價(jià)值超過(guò)了結(jié)構(gòu)本身，在強(qiáng)震作用下，即便結(jié)構(gòu)不倒塌，其造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失也是國(guó)家不能承受的。因此，前人在基于性能設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)地震易損性分析，從概率的角度研究結(jié)構(gòu)在不同地震強(qiáng)度作用下發(fā)生各種破壞狀態(tài)的概率。目前，在研究鋼框架結(jié)構(gòu)的地震易

2、損性過(guò)程中，均以平面鋼框架為研究對(duì)象進(jìn)行易損性分析，去指導(dǎo)抗震設(shè)計(jì)與災(zāi)后評(píng)估。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)是以空間的形式存在，這種簡(jiǎn)化的方式對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估是否準(zhǔn)確有待商榷。
　　本文以依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的8度抗震和7度抗震條件下的五層鋼框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象。分別對(duì)比研究于8度抗震條件下空間鋼框架結(jié)構(gòu)和平面鋼框架結(jié)構(gòu)多種性能指標(biāo)的易損性曲線，闡明了研究空間鋼框架結(jié)構(gòu)易損性的必要性。據(jù)此分別對(duì)8度和7度抗震條件下空間鋼框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分別進(jìn)行研

3、究，驗(yàn)證了現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果的抗震安全性，獲得了一些有價(jià)值的成果。本文的主要工作與成果如下:
　　本文首先總結(jié)了結(jié)構(gòu)抗震理念的發(fā)展、基于規(guī)范的鋼框架抗震設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)師們把控結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)思路。接著以實(shí)際工程為背景，對(duì)8度和7度抗震條件下的五層鋼框架結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)成果建立了7度抗震下的空間鋼框架、8度抗震空間和平面鋼框架三個(gè)模型作為本文地震易損性的研究對(duì)象。
　　其次，考慮地震作用的隨機(jī)性以及結(jié)構(gòu)自身參數(shù)的隨

4、機(jī)性，采用拉丁超立方隨機(jī)抽樣技術(shù)對(duì)三種結(jié)構(gòu)各生成了100個(gè)結(jié)構(gòu)-地震動(dòng)隨機(jī)樣本。選取頂點(diǎn)位移最大角、層間位移最大角和位移延性比作為地震需求參數(shù)，對(duì)300個(gè)結(jié)構(gòu)-地震動(dòng)樣本運(yùn)用動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的方法逐一進(jìn)行概率地震需求分析，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)數(shù)線性回歸分析，得出地震需求參數(shù)與地震強(qiáng)度參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
　　然后，本文對(duì)300個(gè)樣本進(jìn)行概率抗震能力分析，通過(guò)靜力彈塑性分析，得出每個(gè)樣本的Pushover曲線，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的屈服位移，基

5、于規(guī)范定義的結(jié)構(gòu)不同性能水準(zhǔn)，利用該曲線研究結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程，提出了量化性能界限值的方法，以此確定各性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)的不同極限狀態(tài)的界限值。
　　最后，根據(jù)概率地震需求分析與概率抗震能力分析的結(jié)果，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行概率地震易損性分析。采用基于傳統(tǒng)可靠度的理論分析方法來(lái)研究在不同強(qiáng)度地震作用下結(jié)構(gòu)地震需求超越抗震能力的概率，即結(jié)構(gòu)失效概率。分別繪制8度抗震平面鋼框架結(jié)構(gòu)、8度抗震空間鋼框架結(jié)構(gòu)和7度抗震空間鋼框架結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)最大位移角（R

6、DA）、層間最大位移角(ISDA)和位移延性比（μd）作為性能指標(biāo)的易損性曲線，并進(jìn)行多方向比較分析，有如下結(jié)論:
　　對(duì)比8度抗震平面鋼框架和8度抗震空間鋼框架的易損性曲線，得出以平面鋼框架代替空間鋼框架作為研究對(duì)象對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的判定在局部上是不安全的;對(duì)比分析了按照不同方法定義結(jié)構(gòu)性能限值作出的易損性曲線的不同，以本文使用的量化性能界限值的方法可以保證各性能指標(biāo)的界限值對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)在同一個(gè)性能點(diǎn)上，建議在研究易損性課題

7、過(guò)程中采用本文定義的方法;對(duì)比分析了利用不同指標(biāo)畫(huà)出的地震易損性曲線的差異性，得出結(jié)論為，以層間最大位移角(ISDA)作為性能指標(biāo)時(shí)，結(jié)構(gòu)在地震作用下的失效概率最大，建議采取ISDA指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證安全;利用以層間位移最大角指標(biāo)畫(huà)出的易損性曲線，統(tǒng)計(jì)出按照抗震設(shè)防8度設(shè)計(jì)的鋼框架結(jié)構(gòu)與按照抗震設(shè)防7度設(shè)計(jì)的鋼框架結(jié)構(gòu)在“小震、中震、大震”作用下的失效概率，可知，按照規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼框架結(jié)構(gòu)在小震和中震作用下，可以保證性能，在大震作用下，