工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法
2023-05-21 12:46:51 1
專利名稱：工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法
技術領域：
本發明涉及一種抗震安全評估方法，尤其涉及工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法。
背景技術：
近50年，強度大、超設防烈度破壞是世界地震的顯著特徵之一，例如唐山(中國，1976)、Prieta (美國，1989)、Northridge (美國，1994)、Kobe (日本，1995)、Izmit ( 土耳其，1999)、集集(臺灣，1999)、Bhuj—Ahmadabad-Rajkot (印度,2001)、Algiers.一Bourmerdes一Thenia (阿爾及利亞，2003)、Bani (伊[I月，2003)，Sumatra一Andaman (印度尼西亞，2004)、Kashmir South Asia (巴基斯坦和印度，2005)、Yogyakarta (印度尼西亞，2006)、Peru (秘魯，2007)、汶川(中國，2008)、Port—au—Prince (海地，2010)、 Conc印cion (智利，2010)、玉樹(中國，2010)、宮城縣(日本，2011)等地震。這些地震明顯超出了抗震設防烈度，建築工程難以抵禦，造成了嚴重的生命傷亡和財富損失，引起了社會的高度關注，成為工程抗震領域的前沿課題。抗震設防標準是抗震設計的基礎，抗震設防標準的確定是一個涉及社會公共安全、經濟投入、技術措施等多方因素的社會決策問題。應當根據設計基準期內地區的地震危險性、設防投入、損失評估等因素，按照設防效益最優的原則確定(王光遠，1999)。目前，世界各國普遍採取的方案是依據設防烈度(中國等國家)或地震動參數(美國等國家)確定，也可採用地震安全性評價(地震危險性分析)確定。我國目前的設防烈度是根據《中國地震動參數區劃圖(2001)》確定的。地震區劃圖給出的是50年超越概率為10%的結果(基本烈度，也稱設防烈度)，抗倒塌水平的地震動參數(罕遇烈度)由基本烈度乘以一定的係數直接外推(中華人民共和國城鄉建設與環境保護部，1989 :中華人民共和國建設部，2001)，設防烈度地震與罕遇烈度相差I度。研究表明，50年超越概率2%罕遇地震與50年超越概率10%基本烈度地震，除臺灣等僅佔全國總陸地面積2%的少部分地區，其基巖加速度的比值為I. 4-2. 4，平均值為I. 8(高孟潭，2006)。按照設防烈度外推罕遇地震的烈度具有不安全性，且不同地區抗倒塌風險水平差異較大。事實上，美國1996年編制完成的美國地震區劃圖(Frankel，A.，1996)，就是以抗倒塌參數作為基準編制的。該區劃圖提出了將50年超越概率2%作為抗倒塌的基準，相應的地震動參數成為最大考慮地震(MCE)，將最大考慮地震三分之ニ作為設防烈度考慮，保證全國具有均一的抗倒塌水平(FEMA，1997)。2010版美國荷載規範(ASCE /SEI7-10)的地震作用也是在這一方案基礎上確定的。抗震設計分析方法是抗震設計的核心。超設防烈度地震下，結構已進入強非線性階段，分析方法有靜カ非線性分析方法和動力非線性分析方法。靜カ非線性分析方法以推覆分析(Pushover Analysis)方法為代表，推覆分析方法為多自由度結構體系的非線性分析提供簡便可行的方法，避免了非線性動力分析的困難和複雜性，儘管推覆分析方法在反映結構在地震作用下的動態過程方面與時程分析方法有一定差距，但在評價結構地震作用下的最大反應方面還是有一定的參考價值。Freeman (1975)、Kilar 和 Fajfar (1997)、Gupta 和 Kunnath (2000)、Chopra 和 Goel (2002，2003，2004)、葉獻國等(2002)、汪夢甫等(2003)、，Papanikolaou 和 Elnashai (2006)、Papanikolaou 和 Elnashai (2006)、呂西林(2007)、Sun-Pi I 和 Yahya (2008)、Anddreas和Sotiria(2010)、門進傑和史慶軒(2011)等在結構屈服後地震作用分布的位移模式、高振型的影響、非規則性以及振動特性的變化等方面做了大量研究，有效地提高了推覆分析的計算精度。美國抗震規範(FEMA273、FEMA274，1997，ATC-63，2008)、中國抗震規範(2OlO)、歐洲 Eurcode8 (Incorporating and corrigendum July2009andJanuary2011)都推薦了這種方法。動カ非線性分析方法包括非線性時程動カ分析(Nonlinear DynamicTime-history)和增量動態分析(Incremental DynamicAnalysis, IDA)。非線性時程動カ分析計算量大、建模複雜，計算結果差異大(主要依賴輸入的面運動情況)，較難取舎。增量動カ分析將單ー的時程分析擴展為增量時程分析，將逐漸増大的地震波，輸入到彈塑性運動方程中，獲得工程需求參數與地震動強度構成的IDA曲線，進行結構抗震全過程的評估和倒塌評估(Bertero (1977) Vamvatsikos 和 Cornell (2002，2005，2006))。由於採用多條地震波輸入取平均值的做法，克服非線性時程動カ分析了計算結果差異大較難取捨的問題。已被ATC-6390% Draft (2008)採用，作為結構整體倒塌分析的方法。
綜合上述，設防烈度的設定具有不確定性，存在安全風險，特別是在超設防烈度下。超設防烈度下的抗震安全評估方法，國際上無成熟的方法可供借鑑，本專利發明了ー種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法。
發明內容
本發明目的在於針對現有技術的缺陷，提供針對現有技術的不足，本發明提供了ー種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法，其目的是對設防烈度的設定的不確定性進行設計評估，提升工程結構的安全性，魯棒性，抗倒塌性。本發明是通過以下技術方案實現的，研製了ー種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法，其特徵在於，包括以下步驟(I)給出工程所在地的多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動水平。(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準。(3)通過靜カ推覆分析法或增量動力分析法追蹤結構從彈性、塑性、破壞的全過程，獲得多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的結構行為參數，根據相應弾性、塑性結構行為參數，轉換成為相應的等效阻尼比，並可確定結構倒塌的位移或位移角水準。(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動與結構行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動曲線。(5)將結構能力曲線和地震動曲線，繪製在力與位移為坐標的評估圖中，若結構能力曲線與地震動曲線有交點，說明カ與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。所述的工程結構包括框架結構、剪力牆結構、框架一剪力牆結構、框支剪カ牆結構、筒中筒結構、框架一核心筒結構，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、畑 、隧道、水壩。本發明的積極效果是對設防烈度的設定的不確定性進行設計評估，提升工程結構的安全性，魯棒性，抗倒塌性，特別是超設防烈度下的抗震安全評估方法，國際上無成熟的方法可供借鑑。
圖I工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法坐標的評估示意圖。
具體實施例方式(I)給出工程所在地的多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動水平。(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準。(3)通過靜カ推覆分析法(P0SH0VER)或增量動力分析法(IDA)追蹤結構從彈性、塑性、破壞的全過程，獲得多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的結構行為參數(例如位移和延性係數等)，根據相應弾性、塑性結構行為參數(延性係數)，轉換成為相應 的等效阻尼比(或能折減地震動的其他參數)，並可確定結構倒塌的位移或位移角水準。(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動與結構行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動曲線。(5)將結構能力曲線和地震動曲線，繪製在力與位移(地震影響係數和位移角)為坐標的評估圖中，若結構能力曲線與地震動曲線有交點，說明カ與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。所述的工程結構包括框架結構、剪力牆結構、框架一剪力牆結構、框支剪カ牆結構、筒中筒結構、框架一核心筒結構，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、畑 、隧道、水壩。為便於對本發明進ー步理解，針對這種技術方案進本發明進行詳細描述。以《建築抗震設計規範》設防烈度7度為例，7度多遇、7度罕遇、8度罕遇的地震動可從《建築抗震設計規範》(GB50011-2010)獲得，7度設防的地震動可從《エ業與民用建築抗震設計規範》(TJl 1-78)獲得。同理，可採用設定地震的方法或地震危險性分析的方法確定以上參數。在實際應用中，本領域的技術人員完全可以在本發明的技術方案內，合理選擇其他的參數分析，但與本發明所保護的技術方案實質性相同，仍落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)給出工程所在地的多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動水平； (2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準； (3)通過靜力推覆分析法或增量動力分析法追蹤結構從彈性、塑性、破壞的全過程，獲得多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的結構行為參數，根據相應彈性、塑性結構行為參數，轉換成為相應的等效阻尼比，並可確定結構倒塌的位移或位移角水準； (4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動與結構行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動曲線； (5)將結構能力曲線和地震動曲線，繪製在力與位移為坐標的評估圖，若結構能力曲線與地震動曲線有交點，說明力與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。
2.根據權利要求I所述的一種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法，其特徵在於所述的工程結構包括框架結構、剪力牆結構、框架一剪力牆結構、框支剪力牆結構、筒中筒結構、框架一核心筒結構，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、煙 、隧道、水壩。
全文摘要
本發明提供一種工程結構超設防烈度地震的抗震安全評估方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)給出工程所在地的多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動水平，(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準，(3)通過靜力推覆分析法或增量動力分析法，(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設防烈度的地震動與結構行為相匹配。(5)將結構能力曲線和地震動曲線，說明力與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。本發明的積極效果對設防烈度的設定的不確定性進行設計評估，提升工程結構的安全性，魯棒性，抗倒塌性，特別是超設防烈度下的抗震安全評估方法，國際上無成熟的方法可供借鑑。
文檔編號E04B1/98GK102966196SQ20121043044
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者劉文鋒 申請人:青島理工大學