基于性能的抗震設(shè)計理論（PPT29頁）

1、專題一：基于性能的抗震設(shè)計理論Topic1：Performance-based Seismic Design Theory Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University教 學(xué) 計 劃第一周緒論第二周基于性能的抗震設(shè)計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)計理論研究背景第八周倒塌判別標(biāo)準(zhǔn)第九周設(shè)計方法1構(gòu)造措施方法

2、第十周設(shè)計方法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研究第十五周試驗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)計理論1.研究進(jìn)展2.混凝土本構(gòu)模型3.組合梁試驗研究4.試驗影響因素分析及結(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)計方法專題1：基于性能的抗震設(shè)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(nèi)容4.教學(xué)計劃和考評小論文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)計方法一4.設(shè)計方法二小論文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)計理論今天講課內(nèi)容 Content in todays lecture傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法 Traditional seismic design method基于性能的抗震設(shè)計方法 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，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，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)計的罕遇地震影響時，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)計方法震級:是相對于某一次具體地震而言，是根據(jù)儀器測試結(jié)果衡量某次地震釋放的能量的來分級的，這個數(shù)據(jù)是唯一的。震級每相差1.0級，能量相差大約32倍；每相差2.0級，能量相差約1000倍。地震烈度:國家根據(jù)地面破壞程度的觀察和感覺，人為地劃分了12個度，即世界上通用的麥?zhǔn)狭叶缺恚∕M）地震基本烈度:其實是根據(jù)某地區(qū)地震的歷史等因素綜合考慮給定的，那是一種概率評估的結(jié)果。基本烈度是指該地區(qū)今后50年時間內(nèi)，在一般場地條件下可

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)計方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法第一階段設(shè)計：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，對構(gòu)件截面進(jìn)行抗震設(shè)計或驗算，以保證必要的強(qiáng)度；再驗算在小震作用下結(jié)構(gòu)的彈性變形。第二階段設(shè)計：在大震作用下，驗算結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性變形，對特別重要的建筑和地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)除進(jìn)行第一階段的設(shè)計外，還要按第三水準(zhǔn)烈度（大震）的地震動

7、參數(shù)進(jìn)行薄弱層（部位）的彈塑性變形驗算，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)計中通過良好的抗震構(gòu)造措施使第二水準(zhǔn)要求得以實現(xiàn)，從而達(dá)到“中震可修”的要求一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法第一階段設(shè)計: 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。同時是阻尼比的函數(shù)。單自由度體系:將結(jié)構(gòu)中參與振動的質(zhì)量全部集中在一點(diǎn)上，用無重的彈性桿件系統(tǒng)支撐于地面上。并假定地面運(yùn)動和結(jié)構(gòu)振動只是單方向的水平平移運(yùn)動，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）地震動峰值加速度:地震動峰值加速度，與地震動加速度反應(yīng)譜最大值相應(yīng)的水平加速度。設(shè)

8、計基本地震動峰值加速度:即對應(yīng)基本烈度50年超越概率為10%的動峰值加速度，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)計方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法一 傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法地震影響系數(shù)曲線二 基于性能的抗震設(shè)計方法為實現(xiàn)性能抗震設(shè)計思想，可以借助多種方法，如傳統(tǒng)的基于力的設(shè)計方法、基于位移、能量、損傷的設(shè)計方法等。但就目前的研究水平而言，把性能設(shè)計應(yīng)用到實際設(shè)計中主要有兩種方法：1傳統(tǒng)的基于力的抗震設(shè)計方法。即首先進(jìn)行基于地震作用的強(qiáng)度計算，然后進(jìn)行變形驗算。與目前設(shè)計方法主要不同的是，結(jié)構(gòu)性能水平要有多水準(zhǔn)明確的量化，在考慮多

9、級地震作用下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的驗算。2基于位移的抗震設(shè)計方法。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)計變量。采用基于位移的抗震設(shè)計方法，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計初始就明確結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計水平，并且使設(shè)計的結(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)計時給出一個限值。二 基于性能的抗震設(shè)計方法基于位移的抗震設(shè)計方法延性系數(shù)法能力譜法直接基于位移的設(shè)計方法三 能力譜法能力譜其最初概念是由Freeman等人在1975年為美國海軍抗震工程項目做簡化評估時提出的, 后來經(jīng)過不斷改進(jìn)。后應(yīng)用于ATC-40,FEMA-273中。它是通過圖形方法, 把結(jié)構(gòu)的能力與地震地面運(yùn)動對結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行比較三 能力譜法能力譜的

10、基本計算步驟 :( 1)按規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計;( 2)用靜力彈塑性分析方法( Push- over)計算結(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在同一坐標(biāo)系中, 檢驗結(jié)構(gòu)的抗震能力, 如圖2所示。兩曲線的交點(diǎn)對應(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內(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，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( 自然科學(xué)版),2005(11)：68