空間鋼框架結構的地震易損性分析.pdf

1、目前規(guī)范中的結構抗震設計方法可以總結為“三水準，兩階段”，以保證在地震作用下，結構不會發(fā)生倒塌，危及使用者的生命安全。但是，隨著社會經濟的發(fā)展，往往結構內部的設備及一些非結構構件的重要性和價值超過了結構本身，在強震作用下，即便結構不倒塌，其造成的經濟損失和社會損失也是國家不能承受的。因此，前人在基于性能設計方法的基礎上提出了結構地震易損性分析，從概率的角度研究結構在不同地震強度作用下發(fā)生各種破壞狀態(tài)的概率。目前，在研究鋼框架結構的地震易

2、損性過程中，均以平面鋼框架為研究對象進行易損性分析，去指導抗震設計與災后評估。實際上，結構是以空間的形式存在，這種簡化的方式對結構的抗震性能評估是否準確有待商榷。
　　本文以依據現行規(guī)范設計的8度抗震和7度抗震條件下的五層鋼框架結構為研究對象。分別對比研究于8度抗震條件下空間鋼框架結構和平面鋼框架結構多種性能指標的易損性曲線，闡明了研究空間鋼框架結構易損性的必要性。據此分別對8度和7度抗震條件下空間鋼框架結構的地震易損性分別進行研

3、究，驗證了現行規(guī)范設計結果的抗震安全性，獲得了一些有價值的成果。本文的主要工作與成果如下:
　　本文首先總結了結構抗震理念的發(fā)展、基于規(guī)范的鋼框架抗震設計方法以及設計師們把控結構抗震性能的設計思路。接著以實際工程為背景，對8度和7度抗震條件下的五層鋼框架結構分別進行了設計，以設計成果建立了7度抗震下的空間鋼框架、8度抗震空間和平面鋼框架三個模型作為本文地震易損性的研究對象。
　　其次，考慮地震作用的隨機性以及結構自身參數的隨

4、機性，采用拉丁超立方隨機抽樣技術對三種結構各生成了100個結構-地震動隨機樣本。選取頂點位移最大角、層間位移最大角和位移延性比作為地震需求參數，對300個結構-地震動樣本運用動力彈塑性時程分析的方法逐一進行概率地震需求分析，對分析結果進行對數線性回歸分析，得出地震需求參數與地震強度參數之間的函數關系。
　　然后，本文對300個樣本進行概率抗震能力分析，通過靜力彈塑性分析，得出每個樣本的Pushover曲線，計算出結構的屈服位移，基

5、于規(guī)范定義的結構不同性能水準，利用該曲線研究結構破壞過程，提出了量化性能界限值的方法，以此確定各性能指標對應的不同極限狀態(tài)的界限值。
　　最后，根據概率地震需求分析與概率抗震能力分析的結果，對研究對象進行概率地震易損性分析。采用基于傳統(tǒng)可靠度的理論分析方法來研究在不同強度地震作用下結構地震需求超越抗震能力的概率，即結構失效概率。分別繪制8度抗震平面鋼框架結構、8度抗震空間鋼框架結構和7度抗震空間鋼框架結構以結構的頂點最大位移角（R

6、DA）、層間最大位移角(ISDA)和位移延性比（μd）作為性能指標的易損性曲線，并進行多方向比較分析，有如下結論:
　　對比8度抗震平面鋼框架和8度抗震空間鋼框架的易損性曲線，得出以平面鋼框架代替空間鋼框架作為研究對象對結構抗震性能的判定在局部上是不安全的;對比分析了按照不同方法定義結構性能限值作出的易損性曲線的不同，以本文使用的量化性能界限值的方法可以保證各性能指標的界限值對應的結構破壞狀態(tài)在同一個性能點上，建議在研究易損性課題

7、過程中采用本文定義的方法;對比分析了利用不同指標畫出的地震易損性曲線的差異性，得出結論為，以層間最大位移角(ISDA)作為性能指標時，結構在地震作用下的失效概率最大，建議采取ISDA指導結構設計，以保證安全;利用以層間位移最大角指標畫出的易損性曲線，統(tǒng)計出按照抗震設防8度設計的鋼框架結構與按照抗震設防7度設計的鋼框架結構在“小震、中震、大震”作用下的失效概率，可知，按照規(guī)范設計的鋼框架結構在小震和中震作用下，可以保證性能，在大震作用下，