基于损伤指数的混凝土框架结构地震易损性分析

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基于性能的抗震设计是当今地震工程研究的重点内容。其中,对结构损伤量化的研究是基于性能的抗震设计关键任务之一。Park&Ang损伤指数模型因其物理意义明确,简单适用,在评价结构损伤方面受到了广泛的应用,但Park&Ang损伤指数存在离散性大等问题。在基于性能的抗震设计中,主要是依据结构的地震易损性对结构的抗震性能进行评价,目前,研究者主要采用最大层间位移角作为工程需求参数,只考虑了结构在地震作用下的位移超限破坏,没有考虑结构耗能产生的累积损伤。因此,本文主要研究内容如下:(1)Park&Ang损伤指数的离散性主要来源于:累积损伤和首次超越破坏两部分线性相加;缺失重要的结构参数;为改善其离散性,设定Jiang修正后的Park&Ang损伤指数作为初始模型。采用非线性的幂函数形式的修正因子,选择8个结构参数,利用贝叶斯理论,通过混凝土柱的弯曲破坏实验数据确定修正因子中的待定系数。为了使修正后的损伤指数既保持简洁性又满足精度要求,对修正模型进行了删减结构参数的简化分析。简化后的结构参数为:核心混凝土面积与截面积之比;纵筋配筋率;结构约束条件。通过对初始损伤指数模型的修正和简化,损伤指数的离散性降低了35%。(2)地震作用下,建筑结构经历变形和能量耗散。采用最大层间位移角作为工程需求参数只能考虑结构变形带来的损伤,而采用损伤指数作为工程需求参数既能考虑结构位移超限产生的损伤也能考虑结构耗能产生的累积损伤。本文采用最大层间位移角、构件损伤指数和结构损伤指数作为工程需求参数,按照地震波分类和场地类别选择15条地震波,对框架结构进行了增量动力分析。最后对比分析了不同工程需求参数对应的地震易损性曲线的区别:采用损伤指数作为工程需求参数的易损性要比采用最大层间位移角作为工程需求参数的大。采用构件损伤指数计算得到的结构超越概率比采用结构损伤指数的大,说明在同一地震动强度下,结构发生局部破坏的概率大。
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