基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論（PPT29頁(yè)）

1、專題一：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論Topic1：Performance-based Seismic Design Theory Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University教 學(xué) 計(jì) 劃第一周緒論第二周基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論研究背景介紹第三周抗震設(shè)防水準(zhǔn)與性能水準(zhǔn)第四周Push-over分析方法第五周延性需求譜方法第六周撰寫小論文1第七周連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論研究背景第八周倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)第九周設(shè)計(jì)方法1構(gòu)造措施方法

2、第十周設(shè)計(jì)方法2拆除構(gòu)件法第十一周撰寫小論文2第十二周鋼-組合結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展第十三周混凝土本構(gòu)模型介紹第十四周試驗(yàn)研究第十五周試驗(yàn)影響因素分析第十六周撰寫小論文3第十七周提交所有論文 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University本課程的主要內(nèi)容專題2：連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論1.研究進(jìn)展2.混凝土本構(gòu)模型3.組合梁試驗(yàn)研究4.試驗(yàn)影響因素分析及結(jié)論專題3：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)1.理論背景2.抗震設(shè)防水準(zhǔn)3.性能水準(zhǔn)

3、4.設(shè)計(jì)方法專題1：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論緒論1.什么是現(xiàn)代建筑？2.現(xiàn)代建筑面臨的問(wèn)題3.本課程的主要內(nèi)容4.教學(xué)計(jì)劃和考評(píng)小論文1篇：研究進(jìn)展、Push-over分析方法、延性需求譜、地震波選波問(wèn)題。小論文1篇：研究進(jìn)展，本構(gòu)關(guān)系，采用有限元分析分析影響因素1.理論背景2.倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)3.設(shè)計(jì)方法一4.設(shè)計(jì)方法二小論文1篇：研究進(jìn)展、倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)研究、拆除構(gòu)件法 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong Univer

4、sity專題一：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論今天講課內(nèi)容 Content in todays lecture傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法 Traditional seismic design method基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法 Performance-based seismic design method能力譜法 Capacity spectrum methodPush-over分析方法 Push-over analysis一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法三水準(zhǔn): “大震不倒、中震可修、小震不壞”三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)方法當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損失或者不需要修理可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)

5、防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或者不需要修理仍然可以繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)計(jì)的罕遇地震影響時(shí)，不至于倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法震級(jí):是相對(duì)于某一次具體地震而言，是根據(jù)儀器測(cè)試結(jié)果衡量某次地震釋放的能量的來(lái)分級(jí)的，這個(gè)數(shù)據(jù)是唯一的。震級(jí)每相差1.0級(jí)，能量相差大約32倍；每相差2.0級(jí)，能量相差約1000倍。地震烈度:國(guó)家根據(jù)地面破壞程度的觀察和感覺(jué)，人為地劃分了12個(gè)度，即世界上通用的麥?zhǔn)狭叶缺恚∕M）地震基本烈度:其實(shí)是根據(jù)某地區(qū)地震的歷史等因素綜合考慮給定的，那是一種概率評(píng)估的結(jié)果?；玖叶仁侵冈摰貐^(qū)今后50年時(shí)間內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下可

6、能遭遇到超越概率為10%的地震烈度.抗震設(shè)防烈度:是與建筑物的抗震性能要求有關(guān)的，它根據(jù)各地區(qū)的地震基本烈度、重要性等確定的抗震設(shè)防烈度。一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法第一階段設(shè)計(jì)：首先按基本烈度相應(yīng)的眾值烈度（相當(dāng)于小震，約比基本烈度低1.55度）的地震參數(shù)，用彈性反應(yīng)譜法求得結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，然后與其它荷載效應(yīng)按一定的組合原則進(jìn)行組合，對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或驗(yàn)算，以保證必要的強(qiáng)度；再驗(yàn)算在小震作用下結(jié)構(gòu)的彈性變形。第二階段設(shè)計(jì)：在大震作用下，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性變形，對(duì)特別重要的建筑和地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)除進(jìn)行第一階段的設(shè)計(jì)外，還要按第三水準(zhǔn)烈度（大震）的地震動(dòng)

7、參數(shù)進(jìn)行薄弱層（部位）的彈塑性變形驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，以滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求（大震不倒）。在設(shè)計(jì)中通過(guò)良好的抗震構(gòu)造措施使第二水準(zhǔn)要求得以實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到“中震可修”的要求一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法第一階段設(shè)計(jì): 彈性反應(yīng)譜法反應(yīng)譜:單自由度彈性系統(tǒng)在給定地震動(dòng)作用下的最大反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)自振周期的變化曲線。同時(shí)是阻尼比的函數(shù)。單自由度體系:將結(jié)構(gòu)中參與振動(dòng)的質(zhì)量全部集中在一點(diǎn)上，用無(wú)重的彈性桿件系統(tǒng)支撐于地面上。并假定地面運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)只是單方向的水平平移運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。地基是剛性地面（即不考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用）地震動(dòng)峰值加速度:地震動(dòng)峰值加速度，與地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜最大值相應(yīng)的水平加速度。設(shè)

8、計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度:即對(duì)應(yīng)基本烈度50年超越概率為10%的動(dòng)峰值加速度，抗震規(guī)范明確：6度0.05g；7度0.10（0.15）g；8度0.20（0.30）g；9度0.40g。一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法地震影響系數(shù)曲線二 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法為實(shí)現(xiàn)性能抗震設(shè)計(jì)思想，可以借助多種方法，如傳統(tǒng)的基于力的設(shè)計(jì)方法、基于位移、能量、損傷的設(shè)計(jì)方法等。但就目前的研究水平而言，把性能設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中主要有兩種方法：1傳統(tǒng)的基于力的抗震設(shè)計(jì)方法。即首先進(jìn)行基于地震作用的強(qiáng)度計(jì)算，然后進(jìn)行變形驗(yàn)算。與目前設(shè)計(jì)方法主要不同的是，結(jié)構(gòu)性能水平要有多水準(zhǔn)明確的量化，在考慮多

9、級(jí)地震作用下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的驗(yàn)算。2基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法。即采用位移作為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)。直接以目標(biāo)位移作為設(shè)計(jì)變量。采用基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初始就明確結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)水平，并且使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能正好達(dá)到目標(biāo)性能水平，而不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)給出一個(gè)限值。二 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法延性系數(shù)法能力譜法直接基于位移的設(shè)計(jì)方法三 能力譜法能力譜其最初概念是由Freeman等人在1975年為美國(guó)海軍抗震工程項(xiàng)目做簡(jiǎn)化評(píng)估時(shí)提出的, 后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)。后應(yīng)用于ATC-40,FEMA-273中。它是通過(guò)圖形方法, 把結(jié)構(gòu)的能力與地震地面運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行比較三 能力譜法能力譜的

10、基本計(jì)算步驟 :( 1)按規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì);( 2)用靜力彈塑性分析方法( Push- over)計(jì)算結(jié)構(gòu)基底剪力- 頂點(diǎn)位移的曲線;( 3)建立能力譜曲線, 用等效單自由度體系代替原結(jié)構(gòu), 因此可將vb - un 曲線轉(zhuǎn)換為譜加速度Sa -譜位移Sd 曲線, 即能力譜曲線;( 4)建立非彈性需求譜曲線, 可將需求譜曲線轉(zhuǎn)化成Sa - Sd 譜曲線;( 5)確定結(jié)構(gòu)的等效延性系數(shù), 將能力譜曲線和需求譜曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)系中, 檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗震能力, 如圖2所示。兩曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移即為等效單自由度體系的譜位移。將譜位移轉(zhuǎn)化成原結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移, 根據(jù)曲線即可確定結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布, 然后修改

11、設(shè)計(jì)方案或加固原結(jié)構(gòu)。四 Push-over方法彈塑性靜力分析方法（也稱Push-over方法），是在一組能夠近似反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、單調(diào)遞增的側(cè)向荷載作用下，進(jìn)行逐步彈塑性靜力分析，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)先確定的目標(biāo)位移或倒塌狀態(tài)，以得到結(jié)構(gòu)位移與剪力的關(guān)系曲線。彈塑性靜力分析方法的分析結(jié)果在很大程度上依賴于水平荷載的分布模式，因此，水平荷載分布模式的合理確定，成為這一方法最為重要的研究?jī)?nèi)容。目前，荷載分布模式的研究主要分為兩種：基于力的加載模式和基于位移的加載模式。四 Push-over方法四 Push-over方法四 Push-over方法四 Push-over方法四 Push-over方法四

12、Push-over方法四 Push-over方法四 Push-over方法四 Push-over方法 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University主要閱讀文獻(xiàn) Anil K Chopra , Rakish K Goel. Capacity Demand Diagram Method for Estimating Seismic Deformation of Inelastic Structures:SDOF System. University of California, Berkeley, PEER Report1999/ 02王克海,李茜.基于模態(tài)分析的Push-over方法在橋梁抗震分析中的應(yīng)用. 鐵道學(xué)報(bào)，2006(4)：7984李琪,顧榮蓉,繆志偉,王德信.基于位移模式靜力彈塑性分析方法的研究.河海大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版),2005(11)：68