考虑地震动持时影响的RC框架结构易损性研究
发布时间：2021-06-11 22:44
幅值、频率和持续时间是影响结构响应最主要的三个地震动特性。然而在目前的结构设计和评估中通常使用伪谱加速度考虑幅值和频率特性,使用定性的方法考虑持续时间。针对这一现象,本文讨论了在结构损伤评估中考虑地震动持时影响的必要性,并提出了在分析过程中明确考虑持时的策略。选择三个按我国现行规范设计的高度不同的钢筋混凝土框架结构作为算例结构,使用OpenSees有限元分析软件作为分析平台,分别选择具有长、短持时特性的地震动记录作为输入,对比分析了不同持时特性地震动作用下钢筋混凝土框架结构的地震易损性,并进一步从失效概率、易损性指数和性能裕度比三个角度讨论了持时对结构抗震性能的影响。研究结果表明:地震动持时特性对结构损伤的影响显著。相比于短持时地震动,长持时地震动最高可将结构损伤风险提高50%以上,同时提高易损性指数,降低结构性能裕度比。持时对结构损伤风险影响显著,有必要在地震易损性分析过程中明确考虑地震动持时特性。从概率统计和人工神经网络的角度出发,提出了不同的考虑持时影响的策略,并对比分析了不同持时特性对分析结果的影响:1)提出了基于条带-云图法的易损性分析方法,引入向量型地震动强度指标IM=[I...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
活跃俯冲带地区人口统计结果[17]
硕士学位论文23三个结构均采用相同的设计基本资料：基本风压为0.4kN/m2；地面粗糙度为C类；基本雪压为0.30kN/m2；标准层活荷载2.0kN/m2；标准层恒荷载4.5kN/m2；屋面为不上人屋面，楼板厚120mm，屋面恒荷载为7.0kN/m2；设计地震动分组为第1组，II类设计场地，场地特征周期为0.35s。梁、柱钢筋选用HRB335，箍筋选用HPB235；5层结构选用C30混凝土，8层结构选用C35混凝土，10层结构选用C35混凝土。3.2.2结构布置及截面配筋三个结构的平面布置形式相同，选取2号轴线对应的一榀框架作为分析对象。结构主要梁柱配筋图如图3.2所示，图中5KZ表示5层结构框架柱，5KL1表示5层结构1号框架梁，5KL2表示5层结构2号框架梁，其余编号依此类推。结构平、立面布置图如图3.1所示。图3.1梁、柱截面配筋图图3.2算例结构的平面及立面布置图3.2.3分析平台OpenSees(theOpenSystemforEarthquakeEngineering)是用于模拟地震工程的开源软件。OpenSees主要使用C++进行搭建，并使用多个Fortran和C数值库进行线性方程求解以及材料和单元的建模。该软件采用Tcl语言进行命令的解释说明，并且允许用户创建串联或并行的有限元计算机应用程序，用于模拟建筑结构和岩土系统遭受地震等危险情况时结构体系的响应，实现系统的静、动力弹塑性分析以及可靠度分析。本文使用OpenSees作为分析平台构建结构有限元模型，不考虑楼板及填充墙等构件，仅选取梁、柱作为结构的基本单元，并采用杆系模型模拟梁、柱单元。建模的基本原则为：1）仅考虑梁-柱节点为固接，无特殊定义；2）使用Concrete01材料模型模拟混
考虑地震动持时影响的RC框架结构易损性研究364.2基于云图法的易损性分析选取一组具有不同强度水平的原始地震动记录作为输入进行结构时程分析，可以得到不同地震动记录对应的地震需求D。这样一组IM与D组成的集合大致呈椭圆形，因此被称为“云图法”（CloudMethod），其概率模型示意图见图4.1。对于“云图法”，可以使用线性回归分析确定lnIM与lnD之间的线性关系（公式4.1），得到合理的在给定IM条件下的D均值和标准差。lnD=alnIM+b+e(4.1)其中a，b是通过线性回归分析得到常数项[100]，e为零均值变量，表示在IM条件下lnD的变异性。基于公式（5.1）可以推出：E(lnDIM=im)=a+blnim(4.2)式中a,b为系数a，b的估计值。当方差恒定时，其表达式可以写做如下形式：2(ln(ln))[]2niiiDaimbVaren+==(4.3)其中,iiDim表示第i条地震动记录的IM和D，n表示地震动记录的总数。在计算结构易损性时，进一步假设lnDIM服从高斯分布，则在IM=im条件下，D对于损伤水平y的概率需求模型可写做如下形式：ln(ln)()1DIMdaimbGdim+=(4.4)式中()DIMGdim是D在IM条件下的互补累积分布函数（ComplementaryCumulativeDistributionFunction,CCDF），()是标准正态分布的累积分布函数。图4.1云图法示意图4.3基于条带法的易损性分析目前常用的方法有两种：条带法（StripeAnalysis）和多条带法（MultipleStripeAnalysis,MSA）。对于条带法，若要得到目标IM对应的结构需求D，则可以对一组地震动进行不同程度的缩放，使每条记录的IM均等于im。将经缩放后得到的新地震动记录作为输入进行结构动力时程分析，得到在IM=im条件下的D。在MSA中，当IM改变时，目
本文编号：3225402
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
活跃俯冲带地区人口统计结果[17]
硕士学位论文23三个结构均采用相同的设计基本资料：基本风压为0.4kN/m2；地面粗糙度为C类；基本雪压为0.30kN/m2；标准层活荷载2.0kN/m2；标准层恒荷载4.5kN/m2；屋面为不上人屋面，楼板厚120mm，屋面恒荷载为7.0kN/m2；设计地震动分组为第1组，II类设计场地，场地特征周期为0.35s。梁、柱钢筋选用HRB335，箍筋选用HPB235；5层结构选用C30混凝土，8层结构选用C35混凝土，10层结构选用C35混凝土。3.2.2结构布置及截面配筋三个结构的平面布置形式相同，选取2号轴线对应的一榀框架作为分析对象。结构主要梁柱配筋图如图3.2所示，图中5KZ表示5层结构框架柱，5KL1表示5层结构1号框架梁，5KL2表示5层结构2号框架梁，其余编号依此类推。结构平、立面布置图如图3.1所示。图3.1梁、柱截面配筋图图3.2算例结构的平面及立面布置图3.2.3分析平台OpenSees(theOpenSystemforEarthquakeEngineering)是用于模拟地震工程的开源软件。OpenSees主要使用C++进行搭建，并使用多个Fortran和C数值库进行线性方程求解以及材料和单元的建模。该软件采用Tcl语言进行命令的解释说明，并且允许用户创建串联或并行的有限元计算机应用程序，用于模拟建筑结构和岩土系统遭受地震等危险情况时结构体系的响应，实现系统的静、动力弹塑性分析以及可靠度分析。本文使用OpenSees作为分析平台构建结构有限元模型，不考虑楼板及填充墙等构件，仅选取梁、柱作为结构的基本单元，并采用杆系模型模拟梁、柱单元。建模的基本原则为：1）仅考虑梁-柱节点为固接，无特殊定义；2）使用Concrete01材料模型模拟混
考虑地震动持时影响的RC框架结构易损性研究364.2基于云图法的易损性分析选取一组具有不同强度水平的原始地震动记录作为输入进行结构时程分析，可以得到不同地震动记录对应的地震需求D。这样一组IM与D组成的集合大致呈椭圆形，因此被称为“云图法”（CloudMethod），其概率模型示意图见图4.1。对于“云图法”，可以使用线性回归分析确定lnIM与lnD之间的线性关系（公式4.1），得到合理的在给定IM条件下的D均值和标准差。lnD=alnIM+b+e(4.1)其中a，b是通过线性回归分析得到常数项[100]，e为零均值变量，表示在IM条件下lnD的变异性。基于公式（5.1）可以推出：E(lnDIM=im)=a+blnim(4.2)式中a,b为系数a，b的估计值。当方差恒定时，其表达式可以写做如下形式：2(ln(ln))[]2niiiDaimbVaren+==(4.3)其中,iiDim表示第i条地震动记录的IM和D，n表示地震动记录的总数。在计算结构易损性时，进一步假设lnDIM服从高斯分布，则在IM=im条件下，D对于损伤水平y的概率需求模型可写做如下形式：ln(ln)()1DIMdaimbGdim+=(4.4)式中()DIMGdim是D在IM条件下的互补累积分布函数（ComplementaryCumulativeDistributionFunction,CCDF），()是标准正态分布的累积分布函数。图4.1云图法示意图4.3基于条带法的易损性分析目前常用的方法有两种：条带法（StripeAnalysis）和多条带法（MultipleStripeAnalysis,MSA）。对于条带法，若要得到目标IM对应的结构需求D，则可以对一组地震动进行不同程度的缩放，使每条记录的IM均等于im。将经缩放后得到的新地震动记录作为输入进行结构动力时程分析，得到在IM=im条件下的D。在MSA中，当IM改变时，目
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