專利名稱：工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土木工程領(lǐng)域中的工程結(jié)構(gòu)抗震評估方法，尤其涉及一種性能化的抗震評估方法。
背景技術(shù)：
抗震設(shè)計是確保在地震發(fā)生時結(jié)構(gòu)安全的主要手段，各國工程抗震設(shè)計都是基于各國的抗震設(shè)計規(guī)范。我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010) 5.2.1和5.2.2條規(guī)定在多遇地震作用下的地震作用計算，5.5.2條和5.5.3條分別規(guī)定在罕遇地震作用下彈塑性變形驗算的范圍和方法，但是這些方法都是基于設(shè)定地震烈度進(jìn)行地震作用和變形驗算的。美國FEMA273采用多系數(shù)法估算結(jié)構(gòu)位移，但其基礎(chǔ)是在設(shè)定地震動參數(shù)的情況下完成的。美國ATC40和日本抗震規(guī)范都采用了能力譜法，能力譜也是基于設(shè)定地震動參數(shù)才能得到性能點。中國的抗震評估技術(shù)，如2010年11月10日公開的中國專利，公開號為CN101881089A，公開了一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評估方法及應(yīng)用，其提供一種鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁的有限元模型，然后采用軟件對所述有限元模型進(jìn)行計算，通過獲得的建筑物最大層間位移角，對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移角限值要求評估建筑物的抗震性能，根據(jù)建筑物抗震性能的評估結(jié)果設(shè)計建筑物的抗震措施。但工程結(jié)構(gòu)抗震評估方法是基于設(shè)定烈度或地震動參數(shù)的條件下進(jìn)行的，尚缺乏基于性能目標(biāo)的抗震評估方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，在由結(jié)構(gòu)性能需求等效剪力與性能目標(biāo)為坐標(biāo)軸的結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系內(nèi)，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震能力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括如下步驟:(I)規(guī)定工程結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)；(2)將不同的性能目標(biāo)輸入到單自由度彈塑性結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬試驗；(3)不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)性能地震需求和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得在單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線，進(jìn)行位移角轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、P-Λ效應(yīng)、豎向不規(guī)則、平面不規(guī)則、構(gòu)造要求調(diào)整；(4)將單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)整體的能力譜曲線；(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震性能。首先規(guī)定結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)，可采用頂點位移角或?qū)娱g最大位移角表達(dá)。將不同的性能目標(biāo)輸入到單自由度彈塑性結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬試驗，不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)性能地震需求(地震影響系數(shù)或譜加速度)和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得在單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線，轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)整體的性能地震需求譜曲線，繪制在由結(jié)構(gòu)性能需求等效剪力與性能目標(biāo)為坐標(biāo)軸的結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系內(nèi)；運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系，將結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)能力譜曲線，根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震性能。性能目標(biāo)可包括位移角、速度、加速度。分析方法采用靜力推覆分析法或增量動力分析法。工程結(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)、或剪力墻結(jié)構(gòu)、或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、或框支剪力墻結(jié)構(gòu)、或筒中筒結(jié)構(gòu)、或框架-核心筒結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)包括簡支板梁橋、或懸臂梁橋、或連續(xù)梁橋、或T形剛架橋、或吊橋、或斜拉橋、或懸索橋、或組合體系橋。工程結(jié)構(gòu)包括電視塔、或儲油罐、或塔架、或倉庫、或水塔、或水池、或煙 、或隧道、或水壩。本發(fā)明基于一種性能目標(biāo)，結(jié)構(gòu)抗震評估方法，評估工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的評估結(jié)果設(shè)計抗震措施。


圖1為本發(fā)明的性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)能力譜曲線與結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線的關(guān)系比較示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的設(shè)計方法包括如下步驟:(I)規(guī)定工程結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)，例如位移(位移角)、速度、加速度；(2)將不同的性能目標(biāo)輸入到單自由度彈塑性結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬試驗，例如地震波輸入的動力時程分析數(shù)值模擬試驗或地震振動臺模擬試驗；(3)不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)性能地震需求(地震影響系數(shù)或譜加速度)和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得在單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線，進(jìn)行位移角轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、Ρ-Δ效應(yīng)、豎向不規(guī)則、平面不規(guī)則、構(gòu)造要求調(diào)整；(4)將單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)整體的能力譜曲線；(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震性能。1.確定結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo):從控制結(jié)構(gòu)破壞考慮，參考中國、美國、歐洲和日本等規(guī)范確定性能目標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)，以及中外實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)確定量化的位移角參數(shù)。例如，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)可按表I設(shè)置。當(dāng)采用最大層間位移角時，可轉(zhuǎn)換成為頂點位移角。表1.位移性能目標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)規(guī)定工程結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)； (2)將不同的性能目標(biāo)輸入到單自由度彈塑性結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬試驗； (3)不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)性能地震需求和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得在單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線，進(jìn)行位移角轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、P-Λ效應(yīng)、豎向不規(guī)則、平面不規(guī)則、構(gòu)造要求調(diào)整； (4)將單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)整體的性能地震需求譜曲線； (5)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)整體的能力譜曲線.(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，步驟(5)中的分析方法采用靜力推覆分析法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，步驟(5)中的分析方法采用增量動力分析法。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)、或剪力墻結(jié)構(gòu)、或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、或框支剪力墻結(jié)構(gòu)、或筒中筒結(jié)構(gòu)、或框架-核心筒結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結(jié)構(gòu)包括簡支板梁橋、或懸臂梁橋、或連續(xù)梁橋、或T形剛架橋、或吊橋、或斜拉橋、或懸索橋、或組合體系橋。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結(jié)構(gòu)包括電視塔、或儲油罐、或塔架、或倉庫、或水塔、或水池、或煙 、或隧道、或水壩。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，其特征在于，性能目標(biāo)包括位移角、速度、加速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)抗震評估方法。本發(fā)明的工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震評估方法，包括如下步驟(1)規(guī)定工程結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)；(2)將不同的性能目標(biāo)輸入到單自由度彈塑性結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬試驗；(3)不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)性能地震需求和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系；(4)將單自由度體系下的結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的底部剪力與位移的關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)整體的能力譜曲線；(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下結(jié)構(gòu)性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震性能。本發(fā)明根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的評估結(jié)果設(shè)計抗震措施。
文檔編號E04H9/02GK103161348SQ20111042079
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉文鋒 申請人:青島理工大學(xué)