基于地震响应的结构鲁棒性定量分析方法

发布时间：2019-10-16 12:09

【摘要】：为了研究结构抗连续倒塌鲁棒性,基于地震作用下框架结构受力特征,结合备用荷载路径法与动力时程分析法,提出了结构鲁棒性定量分析方法,并根据震级-震中距条带地震动记录选取方法选取随机地震动记录进行算例分析和验证。研究表明,结构的鲁棒性优劣是一个相对概念,与外部作用强度呈反相关关系;通过定量分析结构鲁棒性,可以在多个结构方案筛选时提供一定的参考;降低重要构件的损伤风险,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置提供可靠保护,加强构件之间相互联系,提高备用荷载路径的可靠性,能够增强结构的鲁棒性。
【图文】：

布置图,布置图,单位,不确定性

的纤维模型非弹性框架单元ｉｎｆｒｍＦＢ，底层层高为３．６ｍ，其余各层层高为３．０ｍ；框架柱截面为５００ｍｍ×５００ｍｍ，纵梁和横梁截面分别为５５０ｍｍ×３００ｍｍ和４５０ｍｍ×２５０ｍｍ；混凝土和钢筋分别为Ｃ３０级和ＨＲＢ４００级。结构抗震设防烈度为８度，按Ⅱ类场地考虑地震作用。恒载和活载分别取３．５ｋＮ／ｍ２和２．０ｋＮ／ｍ２。分析模型平面双向对称，为了避免重复计算，，取相同结构参数的一部分作为研究对象，模型平面布置及工况分布如图１所示。图１模型平面布置图（单位：ｍ）Ｆｉｇ．１Ｐｌａｎ－ｖｉｅｗｏｆｍｏｄｅｌ（ｕｎｉｔ：ｍ）２．２地震动记录选取地震动记录有很强的不确定性，而这种不确定性对结构响应造成的影响甚至大于结构自身的不确定性。为了避免地震动记录不确定性对计算结果产生明显的倾向性干扰，通过地震和台站信息对所选地震动记录进行筛眩其中，地震信息主要包括震级和震源机制信息，台站信息主要包括场地特征和震中距等信息，将二者结合可以更直观地进行地震动记录的筛眩因此，笔者按照震级－震中距（Ｍｗ－１２１第１期包超，等：基于地震响应的结构鲁棒性定量分析方法

曲线,工况,距离结构,底层框架

图２构件重要性系数曲线Ｆｉｇ．２Ｍｅｍｂｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｃｏｌｕｍｎｓ件损伤风险的增幅却相对较校以图３（ａ）为例，在多遇地震作用下，工况１和工况４对应的底层框架柱损伤风险明显低于其余４个框架柱。在设防地震作用下，底层框架柱的损伤风险都有所增加，但各框架柱受损风险的增长幅度却有所区别，工况１和工况４对应的底层框架柱受损风险增幅较大，而其余框架柱的受损风险增幅却较小，这使底层框架柱的受损风险更加接近。当结构遭受罕遇地震时，工况１和工况４对应的框架柱受损风险进一步大幅提高，且明显高于其余构件受损风险，这一特点尤以结构超烈度地震作用下明显。对于这种现象分析可知，多遇和设防地震强度相对较小，在这两种地震动强度作用下，结构的响应基本保持在线性状态内，在相互耦合的各内力中构件的轴力对于其承载能力影响较大，工况１和工况４中框架柱承受的竖向恒载和活载相对较小，则损伤风险也较低，而工况２和工况３对应的中柱承担的竖向荷载最大，损伤风险也最高。当地震动强度增大至罕遇地震和超烈度地震时，结构中除了出现多遇和设防地震时相似的竖向荷载与水平作用力外，还会在大幅度摆动过程中会产生较大的倾覆力矩，距离结构平面刚心较远的框架柱轴力显著增大，导致不同内力对其达到极限承载能力的贡献也产生变化，即轴力对距离结构平面刚心较远的框架柱破坏发挥了重要作用，致使工况４，５，６中构件的受损风险大幅度提高。在这３个工况中，工况４的受损风险增幅最为明显，主要因为在强震作用下大量构件进入非线性状态，该工况对应于角柱，可用的备用荷载路径数量远少于边柱
【作者单位】：兰州理工大学防震减灾研究所;宁夏大学土木与水利工程学院;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51178211,51578274)
【分类号】：TU375.4;TU311.3

【相似文献】