CN103161348B - 工程结构多目标性能化抗震评估方法 - Google Patents
工程结构多目标性能化抗震评估方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103161348B CN103161348B CN201110420794.3A CN201110420794A CN103161348B CN 103161348 B CN103161348 B CN 103161348B CN 201110420794 A CN201110420794 A CN 201110420794A CN 103161348 B CN103161348 B CN 103161348B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- performance
- structural
- seismic
- engineering structures
- demand
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种工程结构抗震评估方法。本发明的工程结构多目标性能化抗震评估方法,包括如下步骤:(1)规定工程结构达到的性能目标;(2)将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系进行模拟试验;(3)不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求和结构周期的函数关系;(4)将单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线转换成结构整体的性能地震需求谱曲线;(5)运用分析方法获得工程结构的底部剪力与位移的关系,获得结构整体的能力谱曲线;(6)根据结构周期,比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能。本发明根据工程结构的评估结果设计抗震措施。
Description
技术领域
本发明涉及一种土木工程领域中的工程结构抗震评估方法,尤其涉及一种性能化的抗震评估方法。
背景技术
抗震设计是确保在地震发生时结构安全的主要手段,各国工程抗震设计都是基于各国的抗震设计规范。
我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.2.1和5.2.2条规定在多遇地震作用下的地震作用计算,5.5.2条和5.5.3条分别规定在罕遇地震作用下弹塑性变形验算的范围和方法,但是这些方法都是基于设定地震烈度进行地震作用和变形验算的。
美国FEMA273采用多系数法估算结构位移,但其基础是在设定地震动参数的情况下完成的。美国ATC40和日本抗震规范都采用了能力谱法,能力谱也是基于设定地震动参数才能得到性能点。
中国的抗震评估技术,如2010年11月10日公开的中国专利,公开号为CN101881089A,公开了一种钢管混凝土建筑物抗震性能评估方法及应用,其提供一种钢管混凝土建筑物的空间纤维梁的有限元模型,然后采用软件对所述有限元模型进行计算,通过获得的建筑物最大层间位移角,对钢管混凝土结构要求的最大层间位移角限值要求评估建筑物的抗震性能,根据建筑物抗震性能的评估结果设计建筑物的抗震措施。但工程结构抗震评估方法是基于设定烈度或地震动参数的条件下进行的,尚缺乏基于性能目标的抗震评估方法。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷,提供一种工程结构多目标性能化抗震评估方法,在由结构性能需求等效剪力与性能目标为坐标轴的结构整体坐标系内,评估不同性能目标下的结构抗震能力。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:其包括如下步骤:
(1)规定工程结构达到的性能目标;
(2)将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系进行模拟试验;
(3)不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求和结构周期的函数关系,获得在单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线,进行位移角转换、并进行扭转、P-Δ效应、竖向不规则、平面不规则、构造要求调整;
(4)将单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线转换成结构整体的性能地震需求谱曲线;
(5)运用分析方法获得工程结构的底部剪力与位移的关系,获得结构整体的能力谱曲线;
(6)根据结构周期,比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能。
首先规定结构达到的性能目标,可采用顶点位移角或层间最大位移角表达。将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系进行模拟试验,不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求(地震影响系数或谱加速度)和结构周期的函数关系,获得在单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线,转换成结构整体的性能地震需求谱曲线,绘制在由结构性能需求等效剪力与性能目标为坐标轴的结构整体坐标系内;运用分析方法获得工程结构的底部剪力与位移的关系,将结构的底部剪力与位移的关系转化成结构能力谱曲线,根据结构周期,比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能。
性能目标可包括位移角、速度、加速度。
分析方法采用静力推覆分析法或增量动力分析法。工程结构包括框架结构、或剪力墙结构、或框架-剪力墙结构、或框支剪力墙结构、或筒中筒结构、或框架-核心筒结构。工程结构包括简支板梁桥、或悬臂梁桥、或连续梁桥、或T形刚架桥、或吊桥、或斜拉桥、或悬索桥、或组合体系桥。工程结构包括电视塔、或储油罐、或塔架、或仓库、或水塔、或水池、或烟囱、或隧道、或水坝。
本发明基于一种性能目标,结构抗震评估方法,评估工程结构的抗震性能,根据工程结构的评估结果设计抗震措施。
附图说明
图1为本发明的性能目标下结构能力谱曲线与结构性能地震需求谱曲线的关系比较示意图。
具体实施方式
本发明的设计方法包括如下步骤:
(1)规定工程结构达到的性能目标,例如位移(位移角)、速度、加速度;
(2)将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系进行模拟试验,例如地震波输入的动力时程分析数值模拟试验或地震振动台模拟试验;
(3)不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求(地震影响系数或谱加速度)和结构周期的函数关系,获得在单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线,进行位移角转换、并进行扭转、P-Δ效应、竖向不规则、平面不规则、构造要求调整;
(4)将单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线转换成结构整体的性能地震需求谱曲线;
(5)运用分析方法获得工程结构的底部剪力与位移的关系,获得结构整体的能力谱曲线;
(6)根据结构周期,比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能。
1.确定结构达到的性能目标:
从控制结构破坏考虑,参考中国、美国、欧洲和日本等规范确定性能目标的关键参数,以及中外实验数据,根据不同结构确定量化的位移角参数。例如,钢筋混凝土框架结构可按表1设置。当采用最大层间位移角时,可转换成为顶点位移角。
表1.位移性能目标
2.不同性能目标下地震影响系数和结构周期的函数关系:
将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系,不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求(地震影响系数或谱加速度)和结构周期的函数关系,进行位移角转换、并进行扭转、P-Δ效应、竖向不规则、平面不规则、构造要求调整。
3.确定结构整体的性能地震需求与位移角的函数关系:
(1)计算结构等效模态参与系数和等效模态质量
其中,γj-第j阶振型参与系数;φi,j-第i质点第j阶振型,Gi-第i质点重力荷载代表值。
计算等效振型
其中,φi,eq-多自由度第i质点等效振型;m-振型数,简化计算时,振型数m=1。
计算结构等效模态参与系数和等效模态质量
(2)确定结构整体坐标系下的结构性能地震需求与位移角的函数关系
u=ΓeqSd=Γequeq (5)
Sa=αg (6)
Veq=MeqSa (7)
其中,Sd,ueq-单自由度体系下的位移(位移角);Sa,α-单自由度体系下的谱加速度或地震影响系数;u-结构整体坐标系下的位移(位移角);V-结构整体坐标系下的结构性能需求等效剪力。
4.确定工程结构的底部剪力与位移的函数关系:
采用静力推覆分析(PUSHOVER),对结构施加某种分布的水平荷载,水平荷载单调增加;或采用增量动力分析(IDA),逐级提高地震动输入水平,构件逐步屈服,得到结构在逐级加载下的底部剪力与弹塑性位移反应的函数关系,获得工程结构的能力谱曲线。
5.结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与结构能力谱曲线的比较:
(1)确定结构性能地震需求谱:
根据结构周期,确定达到不同性能目标下结构性能需求等效剪力和性能目标的函数关系,绘制在由结构性能需求等效剪力与性能目标为坐标轴的结构整体坐标系内,见附图1。
(2)确定结构能力谱:
确定结构在逐级加载下的底部剪力与弹塑性位移反应的函数关系,获得结构能力谱曲线绘制由结构底部剪力与性能目标为坐标轴的结构整体坐标系内,见附图1。
(3)性能目标下结构能力谱曲线与结构性能地震需求谱曲线的关系比较:
比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能,见附图1。
Claims (5)
1.一种工程结构多目标性能化抗震评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)规定工程结构达到的性能目标;
(2)将不同的性能目标输入到单自由度弹塑性结构体系进行模拟试验;
(3)不断调整地震波的大小,确定达到不同性能目标下结构性能地震需求和结构周期的函数关系,获得在单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线,进行位移角转换、并进行扭转、P-Δ效应、竖向不规则、平面不规则、构造要求调整;
(4)将单自由度体系下的结构性能地震需求谱曲线转换成结构整体的性能地震需求谱曲线;
(5)运用静力推覆分析法或增量动力分析法获得工程结构的底部剪力与位移的关系,获得结构整体的能力谱曲线;
(6)根据结构周期,比较结构整体坐标系下结构性能地震需求谱曲线与能力谱曲线的关系,评估不同性能目标下的结构抗震性能。
2.根据权利要求1所述的工程结构多目标性能化抗震评估方法,其特征在于,工程结构包括框架结构、或剪力墙结构、或框架-剪力墙结构、或框支剪力墙结构、或筒中筒结构、或框架-核心筒结构。
3.根据权利要求1所述的工程结构多目标性能化抗震评估方法,其特征在于,工程结构包括简支板梁桥、或悬臂梁桥、或连续梁桥、或T形刚架桥、或吊桥、或斜拉桥、或悬索桥、或组合体系桥。
4.根据权利要求1所述的工程结构多目标性能化抗震评估方法,其特征在于,工程结构包括电视塔、或储油罐、或塔架、或仓库、或水塔、或水池、或烟囱、或隧道、或水坝。
5.根据权利要求1所述的工程结构多目标性能化抗震评估方法,其特征在于,性能目标包括位移角、速度、加速度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110420794.3A CN103161348B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 工程结构多目标性能化抗震评估方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110420794.3A CN103161348B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 工程结构多目标性能化抗震评估方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103161348A CN103161348A (zh) | 2013-06-19 |
CN103161348B true CN103161348B (zh) | 2015-03-04 |
Family
ID=48584851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110420794.3A Active CN103161348B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 工程结构多目标性能化抗震评估方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103161348B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104239671B (zh) * | 2014-04-23 | 2017-05-10 | 上海海事大学 | 岸桥抗震设计方法 |
CN106049951B (zh) * | 2016-05-25 | 2018-04-24 | 青岛理工大学 | 多级地震作用下工程结构抗震性能设计评估方法 |
CN107679774A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-02-09 | 国信优易数据有限公司 | 一种抗震预防和救灾能力的评估方法以及装置 |
CN108254164B (zh) * | 2017-12-27 | 2019-11-26 | 江苏壹鼎崮机电科技有限公司 | 建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法及实时评估方法 |
CN116244950B (zh) * | 2023-03-08 | 2024-04-26 | 河海大学 | 一种基于随机能力谱的外附框架-支撑整体加固设计方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100451679C (zh) * | 2007-05-17 | 2009-01-14 | 杨仕升 | 建筑物抗震能力的评估方法及其应用 |
CN101881089A (zh) * | 2010-06-29 | 2010-11-10 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 钢管混凝土建筑物抗震性能评估方法及应用 |
-
2011
- 2011-12-15 CN CN201110420794.3A patent/CN103161348B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103161348A (zh) | 2013-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102787676B (zh) | 工程结构多目标性能化抗震设计方法 | |
CN106897510B (zh) | 一种桥梁结构三维地震易损性分析方法 | |
CN103161348B (zh) | 工程结构多目标性能化抗震评估方法 | |
CN103161234B (zh) | 工程结构多级设防烈度下的性能化抗震设计方法 | |
Jeong et al. | Proposed nonlinear 3-D analytical method for piled raft foundations | |
CN102787677B (zh) | 工程结构抗震烈度预测方法 | |
CN105426619A (zh) | 一种确定盾构隧道纵向弯曲刚度的分析方法 | |
CN106202980A (zh) | 一种膨胀土在降雨入渗条件下增湿膨胀数值模拟方法 | |
CN109460589B (zh) | 一种基于变形-结构法的隧道初期支护动态设计方法 | |
CN103643668A (zh) | 一种建筑工程基坑监测的方法 | |
CN103233527A (zh) | 一种工程结构基于位移的抗震设计方法 | |
CN107463748A (zh) | 短肢剪力墙结构地震损伤评估方法 | |
Liu et al. | Seismic response of underground structure–soil–aboveground structure coupling system: Current status and future prospects | |
CN103161347B (zh) | 消能减震结构多级设防烈度下的性能化抗震设计方法 | |
Jianbin et al. | An ANN model for predicting level ultimate bearing capacity of PHC pipe pile | |
Tong et al. | Plaxis Finite Element Modeling And Analysis Of Soil Nailing Support For Deep Foundation Pit | |
Wu et al. | Seismic collapse safety of high-rise RC moment frames supported on two ground levels | |
CN112597674A (zh) | 一种基坑开挖引起旁侧管道横向附加内力的确定方法 | |
CN111046468A (zh) | 地下综合管廊抗震设计方法 | |
Gu et al. | Performance assessment of a concrete gravity dam at Shenwo reservoir of China using deterministic and probabilistic methods | |
Roszevák et al. | finite element analyses of cast-in-situ RC flat slab with an equivalent frame for horizontal loads | |
Anwar et al. | Case study: challenges of a single-layer reticulated dome | |
Li et al. | Wind-Induced Fatigue Loading and Its Effect on the Stability of Wind Power Foundations | |
Liu et al. | Damage identification of cantilever retaining wall based on modal mean curvature difference | |
Zhao et al. | Influence of Blasting Load Peak Value on Sea-land Crossing Section under Different Side Pressure Coefficient |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |