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)不會發(fā)生倒塌，危及使用者的生命安全。但是，隨著社會經(jīng)濟的發(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)件的重要性和價值超過了結(jié)構(gòu)本身，在強震作用下，即便結(jié)構(gòu)不倒塌，其造成的經(jīng)濟損失和社會損失也是國家不能承受的。因此，前人在基于性能設(shè)計方法的基礎(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、損性過程中，均以平面鋼框架為研究對象進行易損性分析，去指導(dǎo)抗震設(shè)計與災(zāi)后評估。實際上，結(jié)構(gòu)是以空間的形式存在，這種簡化的方式對結(jié)構(gòu)的抗震性能評估是否準(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)為研究對象。分別對比研究于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行研

3、究，驗證了現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計結(jié)果的抗震安全性，獲得了一些有價值的成果。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)計方法以及設(shè)計師們把控結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計思路。接著以實際工程為背景，對8度和7度抗震條件下的五層鋼框架結(jié)構(gòu)分別進行了設(shè)計，以設(shè)計成果建立了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模型作為本文地震易損性的研究對象。
　　其次，考慮地震作用的隨機性以及結(jié)構(gòu)自身參數(shù)的隨

4、機性，采用拉丁超立方隨機抽樣技術(shù)對三種結(jié)構(gòu)各生成了100個結(jié)構(gòu)-地震動隨機樣本。選取頂點位移最大角、層間位移最大角和位移延性比作為地震需求參數(shù)，對300個結(jié)構(gòu)-地震動樣本運用動力彈塑性時程分析的方法逐一進行概率地震需求分析，對分析結(jié)果進行對數(shù)線性回歸分析，得出地震需求參數(shù)與地震強度參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
　　然后，本文對300個樣本進行概率抗震能力分析，通過靜力彈塑性分析，得出每個樣本的Pushover曲線，計算出結(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，對研究對象進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研究在不同強度地震作用下結(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，并進行多方向比較分析，有如下結(jié)論:
　　對比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象對結(jié)構(gòu)抗震性能的判定在局部上是不安全的;對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)的界限值對應(yīng)的結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)在同一個性能點上，建議在研究易損性課題

7、過程中采用本文定義的方法;對比分析了利用不同指標(biāo)畫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，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，以保證安全;利用以層間位移最大角指標(biāo)畫出的易損性曲線，統(tǒng)計出按照抗震設(shè)防8度設(shè)計的鋼框架結(jié)構(gòu)與按照抗震設(shè)防7度設(shè)計的鋼框架結(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，