專利名稱：工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法
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. I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)的條件下進行的，尚缺乏基于性能目標的抗震設(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)抗震烈度預(yù)測方法。其能夠評估工程結(jié)構(gòu)的烈度抗震能力。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)采用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線；(2)按照彈塑性雙折線模型，將工程結(jié)構(gòu)的能力曲線標準化；(3)將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)；(4)根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。本發(fā)明采用靜力推覆分析方法(PUSHOVER)或增量動力分析方法(IDA)獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線；將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。分析方法采用靜力推覆分析法，靜力推覆分析法中施加分布的水平荷載，水平荷載單調(diào)增加。分析方法采用增量動力分析法，增量動力分析法中，逐級提高地震輸入水平，至工程結(jié)構(gòu)達到破壞狀態(tài)。工程構(gòu)件包括框架結(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)。工程構(gòu)件包括簡支板梁橋、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。工程構(gòu)件包括電視塔、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，評估工程結(jié)構(gòu)的烈度水平，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的評估結(jié)果設(shè)計抗震措施。


圖I為本發(fā)明的能力曲線示意圖；
圖2為本發(fā)明的能力曲線標準化示意圖；圖3為單自由度體系下位移與等效能力的函數(shù)關(guān)系圖；圖4為設(shè)定性能位移目標的地震烈度預(yù)測示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方法包括如下步驟(I)采用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線；(2)按照彈塑性雙折線模型，將工程結(jié)構(gòu)的能力曲線標準化；(3)將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)；(4)根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。I、采用靜力推覆分析方法(PUSHOVER)或增量動力分析方法(IDA)獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線。采用靜力推覆分析(PUSHOVER)，對結(jié)構(gòu)施加某種分布的水平荷載，水平荷載單調(diào)增加；或采用增量動力分析(IDA)，逐級提高地震動輸入水平，構(gòu)件逐步屈服，至工程結(jié)構(gòu)達到破壞狀態(tài)，得到結(jié)構(gòu)在逐級加載下的彈塑性反應(yīng)，獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線(見圖I)。2、按照彈塑性雙折線模型考慮，將工程結(jié)構(gòu)的能力曲線標準化。設(shè)能力(剪力)一位移曲線包圍的面積為A，由折線所圍面積與曲線所圍面積相等(見圖2)，圖2中參數(shù)計算如下
■y _— k^VmUm( I )
^ k'um-Vm
V
U= -^-( 2 )
"K
V- V
k2 =上~乙(3 )
ti _ K
m y3、將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)關(guān)系O(I)計算振型參與系數(shù)/廠f~( 4)
ΦΙΑ
/=1其中，Y j-第j階振型參與系數(shù)；Φ 第i質(zhì)點第j階振型，G「第i質(zhì)點重力荷載代表值。(2)等效振型
tK叫=(九 )( 5 )其中，Φ__多自由度第i質(zhì)點等效振型。(3)等效模態(tài)參與系數(shù)和等效模態(tài)質(zhì)量
N
Y=^i--( 6 )
eq N
mb1.
JT ^eq
/=1
(Σ 所D2
--(”
ZC
/=1(4)單自由度體系下的位移與等效能力
Sd = ueq^^u ( 8 )
eq
V=丄廠(9 )
eq Y2eq
Sa = ^-( 10)
Meq
a=&( 11 )其中，Sd，Ueq-單自由度體系下的位移；Sa，α-單自由度體系下的位移等效能力，繪制單自由度體系下位移與等效能力的函數(shù)關(guān)系，見圖3。4、根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。(I)地震影響系數(shù)曲線轉(zhuǎn)換成譜加速度與譜位移格式將《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)不同多遇地震烈度下的地震影響系數(shù)曲線轉(zhuǎn)換成譜加速度與譜位移格式，轉(zhuǎn)換格式如下
權(quán)利要求
1.一種工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)采用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線； (2)按照彈塑性雙折線模型，將工程結(jié)構(gòu)的能力曲線標準化； (3)將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)； (4)根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，分析方法采用靜力推覆分析法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，靜力推覆分析法中施加分布的水平荷載，水平荷載單調(diào)增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，分析方法采用增量動力分析法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，增量動力分析法中，逐級提高地震輸入水平，至工程結(jié)構(gòu)達到破壞狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，工程構(gòu)件包括框架結(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)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，工程構(gòu)件包括簡支板梁橋、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。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，其特征在于，工程構(gòu)件包括電視塔、或儲油罐、或塔架、或倉庫、或水塔、或水池、或煙 、或隧道、或水壩。
全文摘要
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。本發(fā)明的工程結(jié)構(gòu)抗震烈度預(yù)測方法，包括如下步驟(1)采用分析方法獲得工程結(jié)構(gòu)的能力曲線；(2)按照彈塑性雙折線模型，將工程結(jié)構(gòu)的能力曲線標準化；(3)將結(jié)構(gòu)整體的能力曲線轉(zhuǎn)化成單自由度體系下獲得位移與等效能力的函數(shù)；(4)根據(jù)設(shè)定的性能位移目標和烈度曲線，預(yù)測相應(yīng)的地震烈度。本發(fā)明基于一種性能目標，評估工程結(jié)構(gòu)的烈度水平，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E04B1/98GK102787677SQ20111013233
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者劉文峰 申請人:青島理工大學