既有损伤结构地震反应分析与抗震性能评估

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工程结构在使用过程中,由于疲劳荷载作用、环境腐蚀、材料老化、构件缺陷以及其它因素,逐渐产生损伤累积。这种损伤累积使得结构的承载能力退化和抵抗自然灾害能力的下降,特别是在遭遇地震作用的时候可能既有结构可能会出现严重的破坏。因此在实际工程结构的服役过程中,了解其在地震作用下的反应,进而对其抗震性能进行评估显得尤为重要。在研究既有结构的地震反应从而对其进行抗震性能评估之前,需要对既有结构的当前实际损伤状态做出判定。结构的损伤识别可以分为三个层次:材料层次、构件层次和结构层次。对于剪切型钢筋混凝土框架结构,由于其刚度矩阵为三对角Jacobi矩阵,可以较方便地对其进行结构层次的损伤识别。模型结构的模拟地震振动台试验可以较为真实的再现结构在给定地震作用下的反应。通过试验分析,发现结构损伤前后的地震反应的差异,了解结构在不同的状态时耗散地震能量的机制。评价既有结构抗震性能的理论方法有多种,静力非线性分析是其中一种重要的方法。通过将多自由度体系等效为单自由度体系,可以获得结构的能力曲线,采用能力谱方法用等效弹性反应谱代替实际的非弹性反应谱来建立结构的地震需求谱,将结构的能力谱曲线和地震需求谱曲线画在同一张ADRS格式的图上,可以直观地获得结构在给定地震水准下的最大位移,从而可以据此对结构的抗震性能做出评估。通过试验研究和有限元分析,对新建结构和既有损伤结构的抗震性能的差异进行了评述,指出了现有理论方法在进行结构抗震性能评估时的优点和不足,探讨了进一步研究工作的方向。
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