基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論-ushover方法

專題一：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論——Push-over分析方法

西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系劉艷輝副教授教學(xué)計(jì)劃緒論部分第一周緒論專題一：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理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機(jī)動(dòng)時(shí)間1專題二：連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論第七周連續(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)造措施方法第十周設(shè)計(jì)方法2——拆除構(gòu)件法第十一周機(jī)動(dòng)時(shí)間2專題三：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)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機(jī)動(dòng)時(shí)間3總結(jié)部分第十七周提交論文專題2：連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論研究進(jìn)展混凝土本構(gòu)模型組合梁試驗(yàn)研究試驗(yàn)影響因素分析及結(jié)論專題3：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)理論背景抗震設(shè)防水準(zhǔn)性能水準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法專題1：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論緒論什么是現(xiàn)代建筑？現(xiàn)代建筑面臨的問題本課程的主要內(nèi)容教學(xué)計(jì)劃和考評(píng)關(guān)注重點(diǎn)：研究進(jìn)展、Push-over分析方法、延性需求譜、地震波選波問題。關(guān)注重點(diǎn)：研究進(jìn)展，本構(gòu)關(guān)系，試驗(yàn)方法研究的主要步驟及細(xì)節(jié)問題理論背景倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法一設(shè)計(jì)方法二關(guān)注重點(diǎn)：研究進(jìn)展、倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)研究、拆除構(gòu)件法今天講課內(nèi)容Contentintoday'slecture傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法

Traditionalseismicdesignmethod基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法

Performance-basedseismicdesignmethod能力譜法

CapacityspectrummethodPush-over分析方法

Push-overanalysis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)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。1

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，人為地劃分了12個(gè)度，即世界上通用的麥?zhǔn)狭叶缺恚∕M），也有八度表和十度表。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。基本烈度是指該地區(qū)今后50年時(shí)間內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下可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。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)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”的要求地震影響系數(shù)曲線（1）第一階段設(shè)計(jì)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)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。（2）第二階段設(shè)計(jì)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。2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：通過(guò)建立構(gòu)件的位移延性系數(shù)或截面曲率延性系數(shù)與塑性鉸區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變的關(guān)系，由約束箍筋來(lái)保證核心混凝土能夠達(dá)到所要求的極限壓應(yīng)變，從而使構(gòu)件具有要求的延性系數(shù)能力譜法：將地震需求譜曲線和結(jié)構(gòu)能力譜曲線繪在同一圖中，求得兩個(gè)曲線相交點(diǎn)的位移，或采用圖示的方法直觀地評(píng)估結(jié)構(gòu)在給定地震作用下的性能，它的關(guān)鍵就是地震需求譜曲線的研究和能力譜曲線的確定。直接基于位移的設(shè)計(jì)方法：把位移作為基本設(shè)計(jì)變量，在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，位移始終處于控制地位，針對(duì)不同的功能目標(biāo)，位移向量可以方便地進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程做出調(diào)整，從而設(shè)計(jì)出滿足不同功能的結(jié)構(gòu)。能力筆譜其腰最初棟概念某是由Fr尋ee白ma保n等人在19底75年為美憑國(guó)海軍受抗震工愚程項(xiàng)目炎做簡(jiǎn)化亞評(píng)估時(shí)萌提出的,后來(lái)俗經(jīng)過(guò)宏不斷部改進(jìn)慶。后話應(yīng)用暗于ATC也-40其,FE兩MA-讓273中。它是通桐過(guò)圖形頸方法,把結(jié)掩構(gòu)的搬能力票與地貴震地霉面運(yùn)戰(zhàn)動(dòng)對(duì)璃結(jié)構(gòu)制的要泊求進(jìn)仁行比須較3能力譜取法三個(gè)碧概念：能力譜：是指通南過(guò)彈街塑性便靜力趁分析贊方法悶得到島的結(jié)構(gòu)脅特征亮點(diǎn)位移與盞基底剪似力之間識(shí)的關(guān)系詠，并通惑過(guò)等效SD臟OF體系公底式將其轉(zhuǎn)銹化為加叉速度——位移的披關(guān)系曲線卸；地震廈需求幟譜（Dem電and棉Sp剛ect吵rum）實(shí)質(zhì)槐上是牌地震散反應(yīng)餅譜曲頃線或視者輸奧入地宗震動(dòng)項(xiàng)記錄按的某秘一彈渾塑性扮反應(yīng)配譜曲晚線。姥一般述情況雀下，拐通過(guò)貫將需胳求譜照和能挑力譜切相疊撞加在譜位移-譜加速茶度坐標(biāo)椒體系中來(lái)口評(píng)估葵結(jié)構(gòu)伯在地科震作恐用下放的結(jié)沾構(gòu)的降反應(yīng)擦特征。性能具點(diǎn)：如果兩曲悲線不擋相交度，說(shuō)葬明結(jié)馳構(gòu)未約達(dá)到恒設(shè)計(jì)培地震揭的性頭能要雄求（蹈即發(fā)訓(xùn)生破送壞或驗(yàn)倒塌捐），留無(wú)法節(jié)抵御裁預(yù)計(jì)香的地大震，飾如果事兩譜究線相余交，權(quán)則說(shuō)是明結(jié)亮構(gòu)的觸抗震曾性能沉能夠弟滿足致抗震惕的需察要，侄相交鐘點(diǎn)被蹈定義在為結(jié)某構(gòu)抗霉震性絨能點(diǎn)舞（Per低for昨man訂ce犁Poi膏nt），從概而可根性據(jù)該點(diǎn)飼對(duì)應(yīng)的昨結(jié)構(gòu)基瘦底剪力丸、頂點(diǎn)棍位移等。能力譜肉的基本笛計(jì)算步煙驟:(蘆1)按規(guī)范挨進(jìn)行結(jié)蒙構(gòu)承載捷力設(shè)計(jì);(材2)用靜肯力彈梢塑性害分析詠方法(訊Pu萌sh癥-英ov峽er繞)計(jì)算并結(jié)構(gòu)濕基底當(dāng)剪力-頂點(diǎn)脖位移vb沙-u齡n的曲線;(評(píng)3)建立能末力譜曲抄線,用等效睛單自敢由度錢體系數(shù)代替垮原結(jié)殃構(gòu),因此祖可將vb-備un曲線接轉(zhuǎn)換辭為譜懲加速粘度Sa奧-譜位移Sd曲線,即能畢力譜稻曲線;(侵4)建立書非彈問性需稅求譜拿曲線,可將波需求泛譜曲源線轉(zhuǎn)針化成Sa芝-坡S雞d譜曲歸線;(5頭)確定效結(jié)構(gòu)敲的等催效延座性系視數(shù),將能澤力譜愛曲線妻和需卸求譜詢曲線始畫在剃同一級(jí)坐標(biāo)鄰系中,檢驗(yàn)棄結(jié)構(gòu)戀的抗衣震能踩力,如圖2所示。嫩兩曲線捉的交點(diǎn)落對(duì)應(yīng)的碧位移即軋為等效邀單自由嗽度體系槳的譜位鞏移。將譜栽位移榨轉(zhuǎn)化允成原嶄結(jié)構(gòu)恩的頂烘點(diǎn)位涉移,根據(jù)曲帶線即可扣確定結(jié)孫構(gòu)的塑蹄性鉸分語(yǔ)布,然后宰修改抵設(shè)計(jì)竊方案肌或加呀固原詠結(jié)構(gòu)組。4P俯ush度-ov蛇er方法彈塑米性靜抖力分逆析方捉法（禮也稱Pus竹h-o醉ver方法身），渠是在沖一組筍能夠么近似毛反應(yīng)頁(yè)結(jié)構(gòu)群的動(dòng)姐力特撤性、泳單調(diào)育遞增糠的側(cè)死向荷罰載作拆用下乓，進(jìn)榮行逐穴步彈毅塑性替靜力累分析濕，直臟到結(jié)睜構(gòu)達(dá)僵到預(yù)花先確廢定的漠目標(biāo)位位移跑或倒悉塌狀繩態(tài)，父以得到結(jié)壟構(gòu)位移犯與剪力的關(guān)系網(wǎng)曲線。彈塑性萍靜力分晨析方法罷的分析投結(jié)果在糠很大程擴(kuò)度上依炊賴于水另平荷載愚的分布川模式，京因此，水平西荷載喊分布跑模式凈的合箭理確嘉定，宰成為層這一恒方法鵲最為獲重要詢的研尤究?jī)?nèi)塵容。目前蕩，荷載刪分布模泛式的研滅究主要犧分為兩駛種：基額于力的泛加載模倘式和基款于位移栗的加載課模式。An駛il吊K俱C磨ho信pr換a雷,判Ra貨ki寇sh揮K胃G疫oe蔽l.宿C控ap籌ac絡(luò)it翻y至De適ma選nd挺D寄ia練gr涂am抹M宴et綠ho就d屠fo習(xí)r瘋Es訂ti興ma俱ti潮ng職S哪ei糖sm荒ic浪D虧ef陽(yáng)or長(zhǎng)ma梅ti漸on抖o塘f渴In詠el牢as該ti紋c蓋St滴ru晨ct酬ur既es:S品DOFSy副st見em從.寧Un爆iv翁er暈si叮ty程o妙f釘Ca諷li橋fo泳rn喊ia查,櫻Be拌rk襲el盈ey愉,說(shuō)PE貨ER展R落ep贏or壓t1義99很9/02王克買海,李茜.基于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