钢框架双参数地震损伤模型及其在地震易损性中的应用研究

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结构在地震下的损伤是相当复杂的,仅以某个单一的参数(位移、刚度、能量)并不能很好地评估结构在地震下的损伤。而基于变形和能量的双参数地震损伤模型考虑了结构首次超越破坏和累积损伤破坏这两种破坏形式,能够更全面地评估结构在地震下的损伤。因此本文在深入归纳总结了不同双参数地震损伤模型后,针对钢框架结构改进了将最大变形和累积滞回耗能组合的双参数地震损伤模型,并基于损伤指数对结构进行了地震易损性分析,评估了结构的抗震性能,最后给出了基于损伤的抗震评估与加固设计流程。主要研究内容如下:(1)归纳了现有的单参数地震损伤模型和双参数地震损伤模型,总结了其适用范围及优缺点,在此基础上综合考虑了结构在地震下产生的变形和累积滞回耗能对结构损伤的影响,改进了适用于钢框架的双参数地震损伤模型;该模型中各参数的组合系数可以通过最小二乘法确定,具体方法为:选取9层benchmark钢框架模型,用PERFORM-3D软件对其进行大量非线性时程分析,得到构件塑性应变、层间位移以及累积滞回耗能,根据相关文献中构件塑性应变和楼层损伤的关系得到楼层损伤值,将其带入所提模型中,通过非线性回归分析,即可得到组合系数,确定双参数损伤模型的表达式。(2)对9层benchmark钢框架进行了地震易损性分析,给出结构基于IDA分析的地震易损性分析流程,选取地面加速度峰值PGA作为地震动参数,结构损伤值作为结构性能指标,根据IDA分析结果绘制了IDA曲线簇,并用分位数曲线法评价了IDA曲线簇的离散性,结果表明:用PGA作为地震动强度指标得到的IDA曲线离散性较小,能有效评估结构的抗震性能。接着绘制出结构的地震易损性曲线,并将其转换成易损性矩阵,得到了结构在不同强度地震下超越不同极限状态的概率。(3)根据本文的双参数地震损伤评估模型,介绍了钢框架基于损伤的抗震评估与加固设计流程,并以6层钢框架为实例进行分析。分析结果表明该流程具有一定的工程实用性,即通过该流程对结构进行损伤评估与加固设计能有效减小结构在地震下的损伤。
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