【摘 要】
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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
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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=[IM1,IM2],利用IM1进行基于条带法的结构时程分析,然后采用与地震动持时相关的IM2离散化时程分析统计结果,进行云图法回归分析,建立合理考虑地震动持时影响的结构概率地震需求模型,进而分析地震动持时对结构地震易损性的影响。分析结果表明:采用条带-云图法获得的IM与结构损伤之间的相关程度明显增加,可以提高概率地震需求模型的可靠性;与短持时地震动相比,长持时地震动可以在更低的强度水平引起更严重的结构损伤,在易损性分析中需要考虑持时影响;地震动持时对结构易损性分析结果的影响与选择的地震动强度指标有关,与能量相关的指标可以更好地反映地震动持时的影响。2)综合性标量型强度指标也可以提供丰富的地震动信息。本文选择Pa,Pv,PGA,PGV,SIH作为子变量,基于典型相关分析对它们进行线性组合,得到了综合性强度指标IMCCA,并对比分析了各子变量对IMCCA的贡献率。研究结果表明IMCCA可以有效考虑地震动持时特性,具有很好的有效性。3)提出了基于BP神经网络的易损性分析方法,引入与持时相关的向量型IM,使用BP神经网络预测结构地震需求,进行地震易损性分析,得到了考虑地震动持时特性的易损性曲面。研究结果表明:使用BP神经网络替代传统线性回归模型,数据形式灵活,降低了在易损性分析中引入向量型强度指标的难度,可以有效考虑地震动持时影响;地震动持时对地震易损性的影响与地震强度水平有关,随着强度水平的升高,持时对结构损伤风险的影响愈发明显;地震动持时的影响与结构自身特性有关。
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