專利名稱：工程結構多目標性能化抗震評估方法
技術領域：
本發明涉及一種土木工程領域中的工程結構抗震評估方法，尤其涉及一種性能化的抗震評估方法。
背景技術：
抗震設計是確保在地震發生時結構安全的主要手段，各國工程抗震設計都是基于各國的抗震設計規范。我國《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010) 5.2.1和5.2.2條規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定地震烈度進行地震作用和變形驗算的。美國FEMA273采用多系數法估算結構位移，但其基礎是在設定地震動參數的情況下完成的。美國ATC40和日本抗震規范都采用了能力譜法，能力譜也是基于設定地震動參數才能得到性能點。中國的抗震評估技術，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，對鋼管混凝土結構要求的最大層間位移角限值要求評估建筑物的抗震性能，根據建筑物抗震性能的評估結果設計建筑物的抗震措施。但工程結構抗震評估方法是基于設定烈度或地震動參數的條件下進行的，尚缺乏基于性能目標的抗震評估方法。
發明內容
本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種工程結構多目標性能化抗震評估方法，在由結構性能需求等效剪力與性能目標為坐標軸的結構整體坐標系內，評估不同性能目標下的結構抗震能力。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:其包括如下步驟:(I)規定工程結構達到的性能目標；(2)將不同的性能目標輸入到單自由度彈塑性結構體系進行模擬試驗；(3)不斷調整地震波的大小，確定達到不同性能目標下結構性能地震需求和結構周期的函數關系，獲得在單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線，進行位移角轉換、并進行扭轉、P-Λ效應、豎向不規則、平面不規則、構造要求調整；(4)將單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線轉換成結構整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結構的底部剪力與位移的關系，獲得結構整體的能力譜曲線；(6)根據結構周期，比較結構整體坐標系下結構性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關系，評估不同性能目標下的結構抗震性能。首先規定結構達到的性能目標，可采用頂點位移角或層間最大位移角表達。將不同的性能目標輸入到單自由度彈塑性結構體系進行模擬試驗，不斷調整地震波的大小，確定達到不同性能目標下結構性能地震需求(地震影響系數或譜加速度)和結構周期的函數關系，獲得在單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線，轉換成結構整體的性能地震需求譜曲線，繪制在由結構性能需求等效剪力與性能目標為坐標軸的結構整體坐標系內；運用分析方法獲得工程結構的底部剪力與位移的關系，將結構的底部剪力與位移的關系轉化成結構能力譜曲線，根據結構周期，比較結構整體坐標系下結構性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關系，評估不同性能目標下的結構抗震性能。性能目標可包括位移角、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。工程結構包括框架結構、或剪力墻結構、或框架-剪力墻結構、或框支剪力墻結構、或筒中筒結構、或框架-核心筒結構。工程結構包括簡支板梁橋、或懸臂梁橋、或連續梁橋、或T形剛架橋、或吊橋、或斜拉橋、或懸索橋、或組合體系橋。工程結構包括電視塔、或儲油罐、或塔架、或倉庫、或水塔、或水池、或煙 、或隧道、或水壩。本發明基于一種性能目標，結構抗震評估方法，評估工程結構的抗震性能，根據工程結構的評估結果設計抗震措施。
圖1為本發明的性能目標下結構能力譜曲線與結構性能地震需求譜曲線的關系比較示意圖。
具體實施例方式本發明的設計方法包括如下步驟:(I)規定工程結構達到的性能目標，例如位移(位移角)、速度、加速度；(2)將不同的性能目標輸入到單自由度彈塑性結構體系進行模擬試驗，例如地震波輸入的動力時程分析數值模擬試驗或地震振動臺模擬試驗；(3)不斷調整地震波的大小，確定達到不同性能目標下結構性能地震需求(地震影響系數或譜加速度)和結構周期的函數關系，獲得在單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線，進行位移角轉換、并進行扭轉、Ρ-Δ效應、豎向不規則、平面不規則、構造要求調整；(4)將單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線轉換成結構整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結構的底部剪力與位移的關系，獲得結構整體的能力譜曲線；(6)根據結構周期，比較結構整體坐標系下結構性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關系，評估不同性能目標下的結構抗震性能。1.確定結構達到的性能目標:從控制結構破壞考慮，參考中國、美國、歐洲和日本等規范確定性能目標的關鍵參數，以及中外實驗數據，根據不同結構確定量化的位移角參數。例如，鋼筋混凝土框架結構可按表I設置。當采用最大層間位移角時，可轉換成為頂點位移角。表1.位移性能目標
權利要求
1.一種工程結構多目標性能化抗震評估方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)規定工程結構達到的性能目標； (2)將不同的性能目標輸入到單自由度彈塑性結構體系進行模擬試驗； (3)不斷調整地震波的大小，確定達到不同性能目標下結構性能地震需求和結構周期的函數關系，獲得在單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線，進行位移角轉換、并進行扭轉、P-Λ效應、豎向不規則、平面不規則、構造要求調整； (4)將單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線轉換成結構整體的性能地震需求譜曲線； (5)運用分析方法獲得工程結構的底部剪力與位移的關系，獲得結構整體的能力譜曲線.(6)根據結構周期，比較結構整體坐標系下結構性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關系，評估不同性能目標下的結構抗震性能。
2.根據權利要求1所述的工程結構多目標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.根據權利要求1所述的工程結構多目標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.根據權利要求2或3所述的工程結構多目標性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結構包括框架結構、或剪力墻結構、或框架-剪力墻結構、或框支剪力墻結構、或筒中筒結構、或框架-核心筒結構。
5.根據權利要求2或3所述的工程結構多目標性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結構包括簡支板梁橋、或懸臂梁橋、或連續梁橋、或T形剛架橋、或吊橋、或斜拉橋、或懸索橋、或組合體系橋。
6.根據權利要求2或3所述的工程結構多目標性能化抗震評估方法，其特征在于，工程結構包括電視塔、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.根據權利要求2或3所述的工程結構多目標性能化抗震評估方法，其特征在于，性能目標包括位移角、速度、加速度。
全文摘要
本發明涉及一種工程結構抗震評估方法。本發明的工程結構多目標性能化抗震評估方法，包括如下步驟(1)規定工程結構達到的性能目標；(2)將不同的性能目標輸入到單自由度彈塑性結構體系進行模擬試驗；(3)不斷調整地震波的大小，確定達到不同性能目標下結構性能地震需求和結構周期的函數關系；(4)將單自由度體系下的結構性能地震需求譜曲線轉換成結構整體的性能地震需求譜曲線；(5)運用分析方法獲得工程結構的底部剪力與位移的關系，獲得結構整體的能力譜曲線；(6)根據結構周期，比較結構整體坐標系下結構性能地震需求譜曲線與能力譜曲線的關系，評估不同性能目標下的結構抗震性能。本發明根據工程結構的評估結果設計抗震措施。
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 優先權日2011年12月15日
發明者劉文鋒 申請人:青島理工大學