[發(fā)明專利]工程結(jié)構(gòu)多目標(biāo)性能化抗震設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110131954.2
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102787676A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉文峰
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

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)抗震設(shè)計方法，尤其涉及一種性能化的抗震設(shè)計方法。

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)抗震設(shè)計方法是基于設(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)的抗震設(shè)計方法。

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)性能化抗震設(shè)計方法，其能夠評估不同性能目標(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：

(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)下地震影響系數(shù)和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得地震需求譜曲線；

(4)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系；

(5)將結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)化成單自由度體系下能力與位移的函數(shù)關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)能力譜曲線；

(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較能力譜曲線與地震需求譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震能力。

首先規(guī)定結(jié)構(gòu)達(dá)到的性能目標(biāo)，可采用位移角表達(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)下地震影響系數(shù)和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系。確定地震影響系數(shù)和位移角的函數(shù)關(guān)系，獲得地震需求譜譜曲線繪制在加速度與性能目標(biāo)為坐標(biāo)軸；運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系，將結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)化成單自由度體系下能力與位移的函數(shù)關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)能力譜曲線，根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較能力譜曲線與地震需求譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震能力。

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、或煙囪、或隧道、或水壩。

本發(fā)明基于一種性能目標(biāo)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法，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。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的性能目標(biāo)下能力譜曲線與地震需求譜曲線的關(guān)系比較示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設(shè)計方法包括如下步驟：

(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)行模擬實驗；

(3)不斷調(diào)整地震波的大小，確定達(dá)到不同性能目標(biāo)下地震影響系數(shù)和結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)關(guān)系，獲得地震需求譜曲線；

(4)運用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系；

(5)將結(jié)構(gòu)的剪力與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)化成單自由度體系下能力與位移的函數(shù)關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)能力譜曲線；

(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)周期，比較能力譜曲線與地震需求譜曲線的關(guān)系，評估不同性能目標(biāo)下的結(jié)構(gòu)抗震能力。

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)確定量化的位移參數(shù)。鋼筋框架結(jié)構(gòu)可按表1設(shè)置。

表1.位移性能目標(biāo)