基于IDA的型钢混凝土框架—核心筒结构地震易损性分析

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型钢混凝土框架-核心筒结构是超高层建筑的主要结构体系之一。在工程的实际应用中,结构的抗震设计广泛采用传统的弹塑性时程分析方法,然而其对地震动和结构的不确定性评价存在估计不足等问题,因此基于概率的超高层建筑地震易损性分析具有重要的研究意义。增量动力分析方法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是结构地震易损性分析的重要手段,不同的地震动、地震动强度参数、结构类型等使得IDA的分析结果存在很大差异,需要寻求一个合理有效的强度参数,进行IDA分析和地震易损性评估。目前大部分超高层建筑是以地震加速度峰值PGA、地震谱加速度Sa为强度参数评估结构的抗震性能。本文以型钢混凝土框架-核心筒结构为研究对象,以地震谱加速度Sa、地震平均谱加速度Sa.avg为强度参数,对其进行地震易损性分析,获得结构在不同地震水准下的易损性能。(1)基于SAP2000分析平台,建立一栋层数为35层的型钢混凝土框架-核心筒结构,首先通过模态分析验证了该结构模型的正确性和可靠性;然后选取10条地震动记录作为输入,以PGA、Sa、Sa.avg为基本地震强度参数,并考虑峰值速度PGV、峰值位移PGD及持时Td等,形成19个单维标量、多维向量型地震强度参数,将最大层间位移角作为结构性能参数,利用IDA分析方法获得结构在不同地震强度参数下的IDA曲线。由于地震动之间在频谱等特性上的不同,使得各IDA曲线之间存在一定的差异,分析结果表明采用平均谱加速度Sa.avg得到的IDA曲线在分布上较谱加速度Sa更加集中,但总体上均表现为软化型模式,部分曲线表现为具有“硬化”特征的过渡软化型。(2)针对19个强度参数的IDA分析结果,以强度参数的有效性为核心指标,综合相关性、实用性、有益性指标进行强度参数的评估。而有效性是以残差平方和(Residual Sum of Squares)越小来衡量。最终确定选用Sa.avga,PGD>、a.avg,Td>、a.avg,PGA*Td1/3>强度参数用于后续的地震易损性分析,PGA、Sa作为常用参数用于比较。(3)以评选出的6个强度参数进行地震易损性分析及不同地震水准下的结构易损性对比。多遇、设防、罕遇地震作用下,各参数的结构倒塌概率分别小于1%、4%、9%,表明该结构满足地震三水准的的抗震要求,抗震性能良好。罕遇地震作用下,Sa.avga,PGD>、a.avg,Td>、a.avg,PGA*Td1/3>强度参数的结构倒塌概率均为4%,传统以PGA、Sa为强度参数的结构倒塌概率为7%、9%,表明以PGA、Sa为强度参数进行地震易损性评估,其结果相对偏保守,建议超高层建筑以Sa.avg参数进行概率地震易损性分析。
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