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基于性能的抗震设计作为先进的抗震设计思想,已为世界上大多数国家所认可,但在很多方面有待完善。其中,性能指标的选取和性能等级的量化是重要的环节之一。为了给结构的抗震设计、未来震害预测、震后损伤评估等提供依据,一个重要的任务就是选择合理的反应量建立结构的损伤评估模型,以定量计算出结构在地震过程中的损伤指标。
本文在概括分析常用的损伤参数和现有损伤模型的基础上,基于损伤力学的基本原理,提出了一种基于刚度退化和累积耗能的钢筋混凝土结构双参数地震损伤模型。模型中采用结构构件最大变位处退化了的卸载刚度和累积滞回耗能这两个参数的非线性组合来表达结构的损伤程度,并引入组合系数β。基于太平洋地震工程研究中心(Pacific Earthquake Engineering Research Center,PEER)关于钢筋混凝土柱的试验数据库,经过统计分析,以无量纲延性系数材为变量,经回归分析,得到了组合系数β的计算公式,最终确定了损伤模型的表达式。
然后,通过补充钢筋混凝土柱低周反复加载试验,对比分析了按抗震要求设计的构件与非抗震设计构件的损伤,详细记录并分析了加载过程中各构件的损伤发展以及各设计参数对构件开裂荷载、极限荷载、极限位移、延性、耗能以及刚度退化等抗震性能的影响。
之后,针对目前我国抗震规范对结构的性能水平和震害损失的定量描述还不是很明确等问题,综合考虑钢筋混凝土框架结构损伤加固修复的难易程度,以损伤指标和层间位移角为主要性能指标,将钢筋混凝土框架结构的抗震性能等级划分为如下五级:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。接着,根据收集的国内外关于钢筋混凝土框架和框架柱的试验数据,经统计分析,确定了用于反映结构构件的地震累积损伤的损伤指标和综合考虑非结构构件的破损程度的各性能等级对应的层间位移角限值,对各性能指标进行了量化。
最后,运用本文提出的损伤模型和试验数据,计算各构件各性能等级控制点对应的损伤指标,结果吻合比较好,从而验证了本文提出的损伤模型和基于此建立的抗震性能等级的合理性。