第二講 性能抗震設計理論的研究背景

1、專題一：基于性能的抗震設計理論 西南交通大學土木工程學院建筑工程系 劉艷輝 副教授 2016.3.7 Topic1Topic1：Performance-based Seismic Design TheoryPerformance-based Seismic Design Theory 教 學 計 劃 緒論部分第一周緒論 專題一：基于性能 的抗震設計理論 第二周基于性能的抗震設計理論研究背景介紹 第三周抗震設防水準與性能水準 第四周Push-over分析方法 第五周延性需求譜方法 第六周機動時間1 專題二：連續(xù)倒塌 設計理論 第七周連續(xù)倒塌設計理論研究背景 第八周倒塌判別標準 第九周設計方法1構

2、造措施方法 第十周設計方法2拆除構件法 第十一周機動時間2 專題三：鋼-混凝土 組合結構 第十二周鋼-組合結構研究進展 第十三周混凝土本構模型介紹 第十四周試驗研究 第十五周試驗影響因素分析 第十六周機動時間3 總結部分第十七周提交論文 專題2：連續(xù)倒 塌設計理論 1. 研究進展 2. 混凝土本構模型 3. 組合梁試驗研究 4. 試驗影響因素分 析及結論 專題3：鋼-混 凝土組合結構 1. 理論理論背景背景 2. 抗震設防水準 3. 性能水準 4. 設計方法 專題1：基于性能 的抗震設計理論 緒論 1.什么是現(xiàn)代 建筑？ 2.現(xiàn)代建筑面 臨的問題 3.本課程的主 要內容 4.教學計劃和 考評

3、關注重點：研究進 展、Push-over分 析方法、延性需求 譜、地震波選波問 題。 關注重點：研究進 展，本構關系，試 驗方法研究的主要 步驟及細節(jié)問題 1. 理論背景 2. 倒塌判別標準 3. 設計方法一 4. 設計方法二 關注重點：研究 進展、倒塌判別 標準研究、拆除 構件法 今天講課內容 Todays lecture l 傳統(tǒng)的抗震設計方法 The Traditional Seismic Design Method l 面臨的主要問題 Main Problems l 性能抗震設計方法的定義 What Is Performance-based Seismic Design Method?

4、 l 性能抗震設計理論的主要內容 The Main Contents of the Performance-based Seismic Design Theory 1 傳統(tǒng)抗震設計方法 我國建筑抗震設防目標建筑抗震設計規(guī)范 （GB50011-2010）總則第一條 l 當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時，主 體結構不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用； l 當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的設防地震影響時， 可發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理可繼續(xù)使用； l 當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不 倒塌或發(fā)生危機生命的嚴重破壞。 劉恢先，地震工程學家和結構力學專 家，中國地震工程學的奠基人之一

5、 “大震不倒、中震可修、小震 不壞”抗震設計理念 劉恢先教授提出40周年（1975-2015） 2013年3月7日，我校舉辦系列活動隆重紀念地震工程學家 和結構力學專家、中國地震工程學的奠基人之一、被稱之為 “世界地震工程之父”的我校校友劉恢先院士百年誕辰。 劉恢先院士塑像 2015年謝禮立院士在我校做抗震講座 海城地震抗震工作經(jīng)驗交流會1975年11月1222日在哈爾濱召開，劉恢 先教授在會上指出： “由于地震危險性估計不能很準確，在設計思想上應作兩手準備：一是準 備在預計的破壞性地震時保證建筑物不受損壞或只受輕微損壞；二是準備在意 外的大地震時承受嚴重破壞而不致倒塌。 一般的辦法是在第一種

6、情形以強度控制，在第二種情形以延性控制。我們 應當針對這兩種情形建立兩種設計方法?！?海城地震是1975年2月4日發(fā)生于中國遼寧省海城的大地震。 里氏7.3級，震源深度為1621公里。 由于中國科學家對該次地震進行了準確預測并及時發(fā)布了 短臨預報，全區(qū)人員傷亡共18308人，僅占總人口數(shù)的0.22%。 其中，死亡1328人，占總人口數(shù)的0.02%，重傷4292人，輕傷 12688人，輕重傷占總人口數(shù)的0.2%。部分人認為，這是人類 歷史上迄今為止，在正確預測地震的基礎上，由官方組織撤離民 眾，明顯降低損失的唯一成功案例。但此次“成功預報”并未獲 得科學界的廣泛認同。 l 抗震目標是什么？ l

7、什么是大震、中震、小震？ l 什么是“不倒、可修、不壞”？ l 怎么實現(xiàn)？ 我國傳統(tǒng)抗震設計理念: 當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時， 主體結構不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用； 當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的設防地震影響時， 可發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理可繼續(xù)使用； 當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震影響時， 不倒塌或發(fā)生危機生命的嚴重破壞。 “大震不倒、中震 可修、小震不壞” （1） 抗震目標是什么？ 大震不倒保證人的生命安全！ 2008年汶川地震漩口中學宿舍2008年汶川地震漩口中學教學樓 （2） 什么是大震、中震、小震？ 在全國基本設防烈度區(qū)劃圖的基礎上，采用概 率的方法確

8、定的。 一般認為，50年內烈度概率分布屬于極值 型； 小震為50年內超越概率為63%的烈度的地震， 重現(xiàn)期為50年；中震（基本設防烈度）為50年內 超越概率為10%的烈度的地震，重現(xiàn)期為475年； 大震為50年內超越概率為23%的烈度的地震， 重現(xiàn)期為16412475年。 中國地震烈度區(qū)劃圖 （第三代） 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖 （第五代） 1966年1976年， 我國大陸發(fā)生了許多破 壞性地震，如1966年河 北邢臺地震、1970年云 南通海地震、1975年遼 寧海城地震和1976年河 北唐山地震等。豐富的 震害資料和深入的抗震 理論研究極大地推動了 抗震設計標準的修訂和 制定。1976年后，地

9、震 危險性概率分析引入我 國。形成89規(guī)范主 要內容 （3）什么是“不倒、可修、不壞”？ 不壞建筑處于正常使用狀態(tài)，從結構抗震分析角度，可以視為彈性體系； 可修結構進入非彈性工作階段，但非彈性變形或結構體系的損壞控制在可 修復的范圍； 不倒結構有較大的非彈性變形，但應控制在規(guī)定的范圍內，以免倒塌。 （4）如何實現(xiàn)？ 二階段設計 第一階段設計：承載力驗算，取第一水準的地震動參數(shù)計算結構的彈性地震作 用標準值和相應的地震作用效應； 滿足第二水準損壞可修的目標； 通過概念設計和抗震構造措施滿足第三水準的設計要求。 第二階段設計：彈塑性變形驗算，對地震時易倒塌的結構、有明顯薄弱層的不 規(guī)則結構以及有專

10、門要求的建筑，除進行第一階段設計外，還 要進行薄弱部位的彈塑性層間變形驗算并采取相應的抗震構造 措施，實現(xiàn)第三水準的設防要求。 2 面臨的問題 （1）抗震設防目標單一 保證人的生命安全！ （2）結構抗震性能不明晰 日 期國家和地區(qū)事 件死亡人數(shù) 經(jīng)濟損失 （百萬美圓） 1906.4.18美國舊金山 地震3，000524 1908.12.28意大利Messina地震85，926116 1920.12.18中國甘肅地震235，000 1923.1.9日本東京地震142，8002，800 1931.78月中國長江洪水140，000 1935.5.30巴基斯坦Quetta地震35，00025 1942

11、.10.16印度和孟加拉龍卷風61，000 1953.2英國風暴潮1，9323，000 1970.11.12孟加拉臺風300，00063 1970.5.31秘魯?shù)卣?，滑?7，000550 1976.7.28中國唐山地震240，0005，600 1988.12.7亞美尼亞地震25，00014，000 1989.10.17美國Loma Preita地震62800 1991.4.2931孟加拉臺風139，0003，000 1994.1.17美國北嶺地震6144，000 1995.1.17日本阪神地震6，348100，000 1999.9.21臺灣集集地震240010700 二十世紀的重大自然災害

12、3 性能抗震設計的定義 經(jīng)過多年的研究和實踐，人們基本掌握了結構抗震設計方法，達到原來所預定 的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，保障了人的生命安全； 但是，隨著人口城市化進程的加快和科學技術的發(fā)展，設備、裝修投資高的建 筑物及生命線工程大量涌現(xiàn)，發(fā)生破壞性地震時，這些結構雖未倒塌，但因損傷過 大，造成的經(jīng)濟損失往往超出了人們的心理承受能力； 在現(xiàn)代化充分發(fā)展的今天，再單純強調結構在地震下不嚴重破壞和不倒塌，已 不是一種完善的抗震思想，不能適應現(xiàn)代工程結構抗震需求。 基于性能的抗震設計理論實際上是一個總體設計思想，主要指結構 在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能達到一組

13、預期的性 能目標。 這一理論的提出，是結構抗震設計思想的一次重大變革，它使抗震 設防目標由傳統(tǒng)的以生命安全為單一設防目標轉為綜合考慮生命安全與 財產(chǎn)損失兩方面的具體要求，強調了“個性”設計。 4 性能抗震的主要內容 基于性能的抗震設計理論主要包括以下內容： （1）確定設防水準， （2）劃分結構的性能水平， （3）選擇合適的性能目標確定抗震的性能準則， （4）研究抗震性能的分析方法， （5）研究基于抗震性能的設計方法， （6）制定基于性能的抗震設計規(guī)范。 1966年1976年，我國大陸發(fā)生了許多破壞性地震，如1966年河北邢臺 地震、1970年云南通海地震、1975年遼寧海城地震和1976年河北

14、唐山地震 等。豐富的震害資料和深入的抗震理論研究極大地推動了抗震設計標準的修 訂和制定。1976年后，地震危險性概率分析引入我國。形成89規(guī)范主 要內容 在20世紀最后十余年里，又發(fā)生了一系列損失慘重的地震，如1988年我 國的云南瀾滄-耿馬地震、1995年云南麗江地震、1999年臺灣集集地震、 1995年日本阪神地震和1999年土耳伊茲米特地震等。20世紀80年代末以來， 我國城鄉(xiāng)建設迅速發(fā)展，新材料、新技術得到廣泛應用，如我國于建設了鋼 結構高層建筑、采用了隔振結構等等形成01規(guī)范主要內容。 2008年5月12日，發(fā)生了“5.12汶川大地震”，在總結震害經(jīng)驗的基礎 上，頒布了局部修訂內容，主要有（1）設防烈度變更；（2）增加山區(qū)場地 建筑設計的專門要求。 將性能抗震設計思想體現(xiàn)在10規(guī)范中。 主要閱讀文獻 l 胡聿賢地震工程學，地震出版社, 2006 l 建筑抗震設計規(guī)范GB 50011-2010 l 謝禮立，馬玉宏. 基于抗震性態(tài)的設計標準研究. 地震學報， 2002(2):200209 l 高小旺,鮑靄斌. 地震作用的概率模型及其統(tǒng)計參數(shù). 地震工程與工程振動， 1985(5) l 周云，安宇，梁興文. 基于性態(tài)的抗震設計理論和方法的研究與發(fā)展. 世界 地震工程，2001(7)：17 l 李亞琦. 中國