專利名稱：工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗震安全評估方法，尤其涉及工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法。
背景技術(shù)：
近50年，強(qiáng)度大、超設(shè)防烈度破壞是世界地震的顯著特征之一，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(tái)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(shè)防烈度，建筑工程難以抵御，造成了嚴(yán)重的生命傷亡和財(cái)富損失，引起了社會(huì)的高度關(guān)注，成為工程抗震領(lǐng)域的前沿課題。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的確定是一個(gè)涉及社會(huì)公共安全、經(jīng)濟(jì)投入、技術(shù)措施等多方因素的社會(huì)決策問題。應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)地區(qū)的地震危險(xiǎn)性、設(shè)防投入、損失評估等因素，按照設(shè)防效益最優(yōu)的原則確定(王光遠(yuǎn)，1999)。目前，世界各國普遍采取的方案是依據(jù)設(shè)防烈度(中國等國家)或地震動(dòng)參數(shù)(美國等國家)確定，也可采用地震安全性評價(jià)(地震危險(xiǎn)性分析)確定。我國目前的設(shè)防烈度是根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(2001)》確定的。地震區(qū)劃圖給出的是50年超越概率為10%的結(jié)果(基本烈度，也稱設(shè)防烈度)，抗倒塌水平的地震動(dòng)參數(shù)(罕遇烈度)由基本烈度乘以一定的系數(shù)直接外推(中華人民共和國城鄉(xiāng)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)部，1989 :中華人民共和國建設(shè)部，2001)，設(shè)防烈度地震與罕遇烈度相差I(lǐng)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(tái)灣等僅占全國總陸地面積2%的少部分地區(qū)，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(shè)防烈度外推罕遇地震的烈度具有不安全性，且不同地區(qū)抗倒塌風(fēng)險(xiǎn)水平差異較大。事實(shí)上，美國1996年編制完成的美國地震區(qū)劃圖(Frankel，A.，1996)，就是以抗倒塌參數(shù)作為基準(zhǔn)編制的。該區(qū)劃圖提出了將50年超越概率2%作為抗倒塌的基準(zhǔn)，相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)成為最大考慮地震(MCE)，將最大考慮地震三分之ニ作為設(shè)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(guī)范(ASCE /SEI7-10)的地震作用也是在這一方案基礎(chǔ)上確定的?？拐鹪O(shè)計(jì)分析方法是抗震設(shè)計(jì)的核心。超設(shè)防烈度地震下，結(jié)構(gòu)已進(jìn)入強(qiáng)非線性階段，分析方法有靜カ非線性分析方法和動(dòng)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(jié)構(gòu)體系的非線性分析提供簡便可行的方法，避免了非線性動(dòng)力分析的困難和復(fù)雜性，盡管推覆分析方法在反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)態(tài)過程方面與時(shí)程分析方法有一定差距，但在評價(jià)結(jié)構(gòu)地震作用下的最大反應(yīng)方面還是有一定的參考價(jià)值。Freeman (1975)、Kilar 和 Fajfar (1997)、Gupta 和 Kunnath (2000)、Chopra 和 Goel (2002，2003，2004)、葉獻(xiàn)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(jìn)杰和史慶軒(2011)等在結(jié)構(gòu)屈服后地震作用分布的位移模式、高振型的影響、非規(guī)則性以及振動(dòng)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(jì)算精度。美國抗震規(guī)范(FEMA273、FEMA274，1997，ATC-63，2008)、中國抗震規(guī)范(2OlO)、歐洲 Eurcode8 (Incorporating and corrigendum July2009andJanuary2011)都推薦了這種方法。動(dòng)カ非線性分析方法包括非線性時(shí)程動(dòng)カ分析(Nonlinear DynamicTime-history)和增量動(dòng)態(tài)分析(Incremental DynamicAnalysis, IDA)。非線性時(shí)程動(dòng)カ分析計(jì)算量大、建模復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果差異大(主要依賴輸入的面運(yùn)動(dòng)情況)，較難取舎。增量動(dòng)カ分析將單ー的時(shí)程分析擴(kuò)展為增量時(shí)程分析，將逐漸増大的地震波，輸入到彈塑性運(yùn)動(dòng)方程中，獲得工程需求參數(shù)與地震動(dòng)強(qiáng)度構(gòu)成的IDA曲線，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震全過程的評估和倒塌評估(Bertero (1977) Vamvatsikos 和 Cornell (2002，2005，2006))。由于采用多條地震波輸入取平均值的做法，克服非線性時(shí)程動(dòng)カ分析了計(jì)算結(jié)果差異大較難取舍的問題。已被ATC-6390% Draft (2008)采用，作為結(jié)構(gòu)整體倒塌分析的方法。
綜合上述，設(shè)防烈度的設(shè)定具有不確定性，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是在超設(shè)防烈度下。超設(shè)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鑒，本專利發(fā)明了ー種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了ー種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法，其目的是對設(shè)防烈度的設(shè)定的不確定性進(jìn)行設(shè)計(jì)評估，提升工程結(jié)構(gòu)的安全性，魯棒性，抗倒塌性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，研制了ー種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法，其特征在于，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(shè)防烈度的地震動(dòng)水平。(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準(zhǔn)。(3)通過靜カ推覆分析法或增量動(dòng)力分析法追蹤結(jié)構(gòu)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(shè)防烈度的結(jié)構(gòu)行為參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)弾性、塑性結(jié)構(gòu)行為參數(shù)，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的等效阻尼比，并可確定結(jié)構(gòu)倒塌的位移或位移角水準(zhǔn)。(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)曲線。(5)將結(jié)構(gòu)能力曲線和地震動(dòng)曲線，繪制在力與位移為坐標(biāo)的評估圖中，若結(jié)構(gòu)能力曲線與地震動(dòng)曲線有交點(diǎn)，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(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪カ墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架一核心筒結(jié)構(gòu)，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲(chǔ)油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、畑 、隧道、水壩。本發(fā)明的積極效果是對設(shè)防烈度的設(shè)定的不確定性進(jìn)行設(shè)計(jì)評估，提升工程結(jié)構(gòu)的安全性，魯棒性，抗倒塌性，特別是超設(shè)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鑒。


圖I工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法坐標(biāo)的評估示意圖。
具體實(shí)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(shè)防烈度的地震動(dòng)水平。(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準(zhǔn)。(3)通過靜カ推覆分析法(P0SH0VER)或增量動(dòng)力分析法(IDA)追蹤結(jié)構(gòu)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(shè)防烈度的結(jié)構(gòu)行為參數(shù)(例如位移和延性系數(shù)等)，根據(jù)相應(yīng)弾性、塑性結(jié)構(gòu)行為參數(shù)(延性系數(shù))，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng) 的等效阻尼比(或能折減地震動(dòng)的其他參數(shù))，并可確定結(jié)構(gòu)倒塌的位移或位移角水準(zhǔn)。(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)曲線。(5)將結(jié)構(gòu)能力曲線和地震動(dòng)曲線，繪制在力與位移(地震影響系數(shù)和位移角)為坐標(biāo)的評估圖中，若結(jié)構(gòu)能力曲線與地震動(dòng)曲線有交點(diǎn)，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(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪カ墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架一核心筒結(jié)構(gòu)，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲(chǔ)油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、畑 、隧道、水壩。為便于對本發(fā)明進(jìn)ー步理解，針對這種技術(shù)方案進(jìn)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)防烈度7度為例，7度多遇、7度罕遇、8度罕遇的地震動(dòng)可從《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)獲得，7度設(shè)防的地震動(dòng)可從《エ業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJl 1-78)獲得。同理，可采用設(shè)定地震的方法或地震危險(xiǎn)性分析的方法確定以上參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以在本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)，合理選擇其他的參數(shù)分析，但與本發(fā)明所保護(hù)的技術(shù)方案實(shí)質(zhì)性相同，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法，其特征在于，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(shè)防烈度的地震動(dòng)水平； (2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準(zhǔn)； (3)通過靜力推覆分析法或增量動(dòng)力分析法追蹤結(jié)構(gòu)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(shè)防烈度的結(jié)構(gòu)行為參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)彈性、塑性結(jié)構(gòu)行為參數(shù)，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的等效阻尼比，并可確定結(jié)構(gòu)倒塌的位移或位移角水準(zhǔn)； (4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)行為相匹配，建立多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)曲線； (5)將結(jié)構(gòu)能力曲線和地震動(dòng)曲線，繪制在力與位移為坐標(biāo)的評估圖，若結(jié)構(gòu)能力曲線與地震動(dòng)曲線有交點(diǎn)，說明力與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法，其特征在于所述的工程結(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架一核心筒結(jié)構(gòu)，簡支板梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、T形剛架橋、吊橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋，視塔、儲(chǔ)油罐、塔架、倉庫、水塔、水池、煙 、隧道、水壩。
全文摘要
本發(fā)明提供一種工程結(jié)構(gòu)超設(shè)防烈度地震的抗震安全評估方法，其特征在于，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(shè)防烈度的地震動(dòng)水平，(2)劃定多遇烈度和罕遇烈度的位移或位移角水準(zhǔn)，(3)通過靜力推覆分析法或增量動(dòng)力分析法，(4)使多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度和超設(shè)防烈度的地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)行為相匹配。(5)將結(jié)構(gòu)能力曲線和地震動(dòng)曲線，說明力與位移的雙控性能滿足要求，看是否通過。本發(fā)明的積極效果對設(shè)防烈度的設(shè)定的不確定性進(jìn)行設(shè)計(jì)評估，提升工程結(jié)構(gòu)的安全性，魯棒性，抗倒塌性，特別是超設(shè)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鑒。
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(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者劉文鋒 申請人:青島理工大學(xué)