一種基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震中建筑物倒塌是最為嚴(yán)重的土木工程地震災(zāi)害形式，倒塌與否是建筑物抗震 設(shè)計(jì)中生命安全設(shè)防水準(zhǔn)是否實(shí)現(xiàn)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。目前，多數(shù)國家的建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī) 范中均采用基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法，將彈性加速度反應(yīng)譜作為設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，該方法將小 震強(qiáng)度水平下建筑物受到的地震作用等效為擬設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑物的 "小震不壞"；當(dāng)建筑物遭受中震強(qiáng)度水平的地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)入非彈性范圍，認(rèn)為構(gòu) 造措施可實(shí)現(xiàn)建筑物的"中震可修"；當(dāng)建筑物遭受大震強(qiáng)度水平的地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)反應(yīng) 進(jìn)入更強(qiáng)的非彈性范圍，此時(shí)對(duì)于重要、復(fù)雜建筑物要求使用非線性時(shí)程分析方法來驗(yàn)算 建筑物的非彈性變形是否超過規(guī)定的限值，而對(duì)于一般的建筑物無需要進(jìn)行倒塌能力驗(yàn)算 的要求。
[0003] 基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法存在以下問題：（1)僅針對(duì)小震情況下建筑物的彈性屈 服強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此無法準(zhǔn)確控制建筑物在大震情況下的非彈性位移，所以無法直接針 對(duì)抗倒塌能力進(jìn)行設(shè)計(jì)；（2)僅對(duì)重要、復(fù)雜建筑物進(jìn)行基于非線性時(shí)程分析方法的抗倒塌 能力驗(yàn)算，對(duì)于量大面廣的普通建筑物未進(jìn)行抗倒塌能力驗(yàn)算。
[0004]除以上所述抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中常用的方法外，針對(duì)建筑物的倒塌狀態(tài)的抗震設(shè)計(jì)， 近幾年國外有學(xué)者提出了倒塌能力譜(CollapseCapacitySpectra)，并被廣泛關(guān)注。倒塌 能力譜采用基于強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建反應(yīng)譜，即反應(yīng)譜縱軸使用與地震動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)的物理 量表示(一般使用譜加速度Sa(T)，T為計(jì)算反應(yīng)譜所使用的單自由度結(jié)構(gòu)的周期）。使用該 類型反應(yīng)譜，可在已知建筑物基本周期T、屈服強(qiáng)度fy的情況下獲得結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌時(shí)可以承 受的地震動(dòng)強(qiáng)度33(1')。但是，工程界普遍認(rèn)為建筑物發(fā)生的位移與其所處的破壞狀態(tài)具有 更直接的關(guān)系，因此在建筑物的倒塌狀態(tài)評(píng)價(jià)中位移指標(biāo)經(jīng)常被采用，而倒塌能力譜(采用 基于強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建反應(yīng)譜)在以位移指標(biāo)作為倒塌評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)中無法使 用，因此有必要建立基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的基于強(qiáng)度的抗震設(shè) 計(jì)方法無法直接針對(duì)抗倒塌能力進(jìn)行設(shè)計(jì)以及現(xiàn)有倒塌能力譜在以位移指標(biāo)作為倒塌評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)中無法使用的問題，進(jìn)而提出一種基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜。
[0006] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 步驟一、選擇N條地震動(dòng)記錄，分別進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)為1……N，N為正整數(shù)；
[0008] 步驟二、給定單自由度結(jié)構(gòu)的周期T，周期T的變化范圍為0_5s，單自由度結(jié)構(gòu)的周 期T以0.01s作為初始值，在步驟一中的N條地震動(dòng)記錄中選擇編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄，1 <η <Ν；
[0009]步驟三、根據(jù)步驟二中給定的單自由度結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)單自由度結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征:m、ko、|，其中m為結(jié)構(gòu)質(zhì)s；，ko為結(jié)構(gòu)初始剛度，ξ為結(jié)構(gòu)阻尼比；
[0010]步驟四、根據(jù)步驟二中給定的單自由度結(jié)構(gòu)，選擇單自由度結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，給 定恢復(fù)力模型中的參數(shù)；
[0011]步驟五、根據(jù)步驟三和步驟四以地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)為縱軸，以位移反應(yīng)指標(biāo)為橫軸， 繪制步驟二中所選擇的編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)的增量動(dòng)力分析曲線；
[0012] 步驟六、利用步驟五中得到的增量動(dòng)力分析曲線，計(jì)算該增量動(dòng)力分析曲線的初 始斜率Kinitiai，然后計(jì)算斜率降低為20%Kinitiai時(shí)對(duì)應(yīng)的^^y，記為倒塌時(shí)對(duì)應(yīng)的基于 位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜
\為位移反應(yīng)指標(biāo)，％倒 塌時(shí)對(duì)應(yīng)的基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜值；
[0013] 步驟七、計(jì)算完周期T為0.01s對(duì)應(yīng)（后，周期T每增加0.01s重復(fù)執(zhí)行 v
co.napse 步驟三至步驟六，計(jì)算不同周期T的單自由度結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的
直至計(jì)算完0_58范 圍內(nèi)不同周期T的單自由度結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的
縱軸，以周期T為橫 軸，繪制出所選擇的編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜；
[0014] 步驟八、重復(fù)執(zhí)行步驟一至步驟七，直至計(jì)算完Ν條地震動(dòng)記錄基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo) 的倒塌反應(yīng)譜，取平均值得到平均倒塌反應(yīng)譜。
[0015] 發(fā)明效果
[0016] 采用本發(fā)明的一種基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜，該反應(yīng)譜可在已知建筑物基 本周期Τ、屈服強(qiáng)度fy的情況下獲得結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌時(shí)所發(fā)生的位移（用于對(duì)建筑物進(jìn)行抗震 能力評(píng)估），也可根據(jù)建筑物基本周期T、倒塌位移的設(shè)計(jì)限值獲得建筑物的設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度 fy(用于對(duì)建筑物進(jìn)行抗震能力設(shè)計(jì)）。本發(fā)明建立的倒塌反應(yīng)譜可直接應(yīng)用于以位移指標(biāo) 作為倒塌評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)中，使用簡單，效率高，解決了現(xiàn)有抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的基 于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法存在的問題，以及現(xiàn)有倒塌能力譜在以位移指標(biāo)作為倒塌評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 的抗震設(shè)計(jì)中無法使用的問題。
[0017] 本發(fā)明的提出為建筑物抗震設(shè)計(jì)中的抗倒塌能力設(shè)計(jì)提供了一種直接設(shè)計(jì)的方 法，可以解決目前建筑物抗震設(shè)計(jì)中抗倒塌能力僅依靠設(shè)計(jì)后驗(yàn)算來檢驗(yàn)(不能對(duì)抗倒塌 能力進(jìn)行直接設(shè)計(jì))所存在的問題，使對(duì)建筑物抗倒塌能力的設(shè)計(jì)由定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎俊?br>[0018]選擇了一共382條地震動(dòng)記錄;給定單自由度結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期T=0.01s，取屈服強(qiáng) 度fy =0.5mg、延性系數(shù)μ=3、第二剛度系數(shù)α=0、下降段剛度系數(shù)ac =0.5;以地震動(dòng)強(qiáng)度指 標(biāo)·^為縱軸，以位移反應(yīng)指標(biāo)^^為橫軸，繪制步驟二中所選擇的一條震動(dòng)對(duì)應(yīng)的 增量動(dòng)力分析曲線，如圖3所示;計(jì)算曲線的初始斜率Kinitiai，并計(jì)算斜率降低為20 %Kinitiai 時(shí)對(duì)應(yīng)K
，如圖3所示，記戈
繪制出針對(duì)步驟五中所使用地震動(dòng)的基 于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜，如圖4所示;計(jì)算所有地震動(dòng)對(duì)應(yīng)的倒塌反應(yīng)譜，取平均值 得到平均倒塌反應(yīng)譜，如圖5所示。
【附圖說明】
[0019] 圖1為基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜的計(jì)算框圖；
[0020] 圖2為三線型力-變形關(guān)系模型圖，fy為屈服強(qiáng)度，fc為峰值強(qiáng)度，α為屈服強(qiáng)度系 數(shù)，α。為下降段剛度系數(shù)，ko為初始剛度，uy為為屈服位移，U。為峰值強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的位移，μ為結(jié) 構(gòu)延性；
[0021 ]圖3為倒塌位移確定方法示意圖；
[0022]圖4為一條地震動(dòng)的倒塌反應(yīng)譜示例圖，s為秒；
[0023]圖5為382條地震動(dòng)平均后的倒塌反應(yīng)譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜的建立方法 具體步驟如下：
[0025]步驟一、選擇Ν條地震動(dòng)記錄，分別進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)為1……Ν，Ν為正整數(shù)；
[0026] 步驟二、給定單自由度結(jié)構(gòu)的周期Τ，周期Τ的變化范圍為0_5s，單自由度結(jié)構(gòu)的周 期Τ以0.01s作為初始值，在步驟一中的Ν條地震動(dòng)記錄中選擇編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄，1 <η <Ν；
[0027]步驟三、根據(jù)步驟二中給定的單自由度結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)單自由度結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征:m、 ko、|，其中m為結(jié)構(gòu)質(zhì)s；，ko為結(jié)構(gòu)初始剛度，ξ為結(jié)構(gòu)阻尼比；
[0028] 步驟四、根據(jù)步驟二中給定的單自由度結(jié)構(gòu)，選擇單自由度結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，給 定恢復(fù)力模型中的參數(shù)；
[0029] 步驟五、根據(jù)步驟三和步驟四以地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)為縱軸，以位移反應(yīng)指標(biāo)為橫軸， 繪制步驟二中所選擇的編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)的增量動(dòng)力分析曲線；
[0030] 步驟六、利用步驟五中得到的增量動(dòng)力分析曲線，計(jì)算該增量動(dòng)力分析曲線的初 始斜率Kinitial，然后計(jì)算斜率降低為20%Kinitiadt對(duì)應(yīng)的記為倒塌時(shí)對(duì)應(yīng)的基于 位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜倡
^為位移反應(yīng)指標(biāo)，I倒 塌時(shí)對(duì)應(yīng)的基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的倒塌反應(yīng)譜值；
[0031] 步驟七、計(jì)算完周期Τ為0.01s對(duì)應(yīng)的
，周期T每增加0.01s重復(fù)執(zhí)行 步驟三至步驟六，計(jì)算不同周期T的單自由度結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的
，直至計(jì)算完0-5S范 圍內(nèi)不同周期Τ的單自由度結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)β
縱軸，以周期Τ為橫 軸，繪制出所選擇的編號(hào)為η的地震動(dòng)記錄基于位移評(píng)價(jià)指標(biāo)的