基于新型地震动强度指标的RC框架结构地震易损性研究

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2020年国务院发布了《开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知》,其中地震灾害以及受其影响的人口、房屋等承灾体是重点调查与评估对象。钢筋混凝土框架结构是我国应用广泛的结构类型之一,也是此次调查与评估的重点对象。但是根据汶川地震的震害调查,在我国抗震设计规范日趋成熟的背景下,钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下仍出现了局部破坏甚至整体倒塌,造成了人民生命财产的损失。目前增量动力分析(IDA)方法是地震作用下结构非线性分析和抗震性能评估的重要方法,但是基于此方法下的现有地震动强度指标仍然无法全面包含结构和地震信息等特性。在此背景下,发展合理的地震动强度指标表征地震动的不确定性,以及在此前提下对RC框架结构的抗震性能进行有效评估是尤为重要的,这对于RC框架结构抗震加固和防震减灾规划具有重要的理论和实际意义。本文基于性能地震工程与基于性能抗震设计的研究现状下,提出了同时考虑一阶谱加速度、高阶振型和结构周期延长效应的新型地震强度指标,基于增量动力分析(IDA)方法,对RC框架结构进行地震易损性分析,主要研究内容如下:(1)根据规范设计了三个RC框架结构,采用Open SEES软件对其进行等效建模;以8层框架结构为例,基于Open SEES和SAUSAGE有限元软件进行模型验证,对两者的前三阶周期进行对比,并对比了罕遇地震作用下的结构动力响应,发现两者的结构响应十分吻合,验证了Open SEES有限元软件建模过程的准确性,并选取国内一组RC框架结构试验对其数值模拟验证。(2)根据现有指标的理论基础上,提出了考虑一阶谱加速度、高阶振型和结构周期延长效应的新型地震强度指标模型;根据现有指标文献对高阶振型和结构周期延长效应的系数的研究,提出了5个不同权重系数的新型地震强度指标,并基于地震概率需求分析,以最大层间位移角θmax作为结构需求参数,确定了指标中系数的最优值;基于非线性时程分析结果,选取Sa(1T)、S*和Ss对新指标进行适用性研究分析,研究表明本文提出的新型地震动强度指标相比其他指标体现出良好的有效性;基于新型地震强度指标SL的IDA分析,根据结构各个极限状态对应的新型地震强度参数数值,证明了新型地震动强度指标SL具有很好的科学性。(3)采用新型地震动强度指标,基于易损性指数的分析方法,研究了混凝土强度、层数、轴压比和远近地震波对结构地震易损性的影响规律。在相同地震动作用下,随着混凝土强度的增强,易损性指数虽然在逐渐变小但是变化幅度不大,RC框架结构的抗震性能只能小幅度增强;由于建模时规范中轴压比限值的影响,随着层数的增加,易损性指数并未呈现出一定的规律性;随着轴压比的减少即柱截面的增大,易损性指数在不断的降低,RC框架结构的抗震能力得到了显著的提高;近场地震作用下易损性指数要高于远场地震动作用下的易损性指数,近场地震致使结构发生破坏的可能性要远大于远场地震动。
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