考虑频谱特性的主余震作用下结构损伤演化

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地震的发生往往会使结构受到一定程度的损伤,而强烈主震之后发生的余震则会使受损结构的损伤程度加重,甚至引起结构倒塌,严重危害人类社会的安全。目前,国内外的抗震设计规范设计过程中都没有对余震的不利影响进行针对性地考虑,为此,有必要提出一种考虑结构主震损伤程度的余震增量损伤模型,来定量的估计余震对结构的影响。地震动频谱特性作为地震动三要素之一,对结构的损伤演化具有一定影响。研究结构在不同频谱特性的主余震地震动序列作用下的整体损伤演化规律,可以为考虑余震的损伤性能的设计方法提供依据。首先,本文基于修正的Park-Ang损伤模型,提出了考虑截面主震损伤程度的余震增量损伤模型,并对Park等提出的构件损伤指数加权组合成为整体损伤指数的组合方式修正,得到了能够合理反应钢筋混凝土结构在余震作用下的增量损伤模型。本文所提出的余震截面增量损伤模型基本可以反映受损的钢筋混凝土截面在余震作用下的破坏过程;本文修正的Park-Ang整体损伤加权方式,能够相对合理的反映钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤演化情况。其后,将具有复杂频谱特性的真实地震动简化成为激励周期各异的简谐激励,以单自由度为研究对象,分析结构的损伤演化规律,并在此基础上对几种地震动频谱特征参数与结构损伤的相关性进行评估。研究表明,相对于硬化双线性体系,退化双线性体系的损伤对激励中的长周期成分更加敏感,且结构屈服后周期的增大以及受损程度的加重,均会导致退化双线性体系对激励中的长周期成分更加敏感;在谱加速度卓越周期TpA、特征周期Tg与平均周期Tm三个频谱特征参数中,Tm与结构损伤的相关性最好,Tg次之,TpA与结构损伤的相关性最差。最后,基于OpenSees平台对钢筋混凝土结构进行IDA分析,研究了余震的频谱特性、结构的主震损伤程度以及结构的动力特性等因素对结构在主余震地震动序列作用下损伤演化规律的影响。研究表明,长周期的余震比短周期的余震更容易引起受损结构的增量损伤;若余震作用前后结构的第一阶周期在地震动的平均周期附近小范围变化,则该余震地震动将引起较大的损伤,余震频谱特性的影响被大幅度放大;当余震强度较小时,结构的整体损伤程度主要由其主震受损程度控制,而随着余震强度的增大,结构主震受损程度的影响逐渐减小,此时结构在主余震作用下的整体损伤指数由余震强度及频谱特性共同控制。
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