第五講-延性需求譜

專題一：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論——延性需求譜

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2016.3.28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(wèn)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(wèn)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(wèn)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彈性反應(yīng)譜理論

Elasticresponsespectrumtheory非彈性需求譜

Inelasticdemandspectra地震影響線系數(shù)彈性反應(yīng)譜理論仍然是現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)的最基本理論1.彈性反應(yīng)譜理論①地震影響系數(shù)曲線各參數(shù)的物理意義②地震影響系數(shù)曲線是如何得到的?①地震影響系數(shù)曲線各參數(shù)的物理意義定義：多次地震作用下，不同周期T，相同ζ阻尼比的理想簡(jiǎn)化的單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)與重力加速度之比；是多次地震反應(yīng)的包絡(luò)線，是標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜或平均反應(yīng)譜。是兩項(xiàng)的乘積：地震系數(shù)k（地震動(dòng)峰值加速度與重力加速度之比）和結(jié)構(gòu)物加速度的放大倍數(shù)β（結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度反應(yīng)譜與地震動(dòng)最大加速度之比）。α：地震影響系數(shù)，α（T）=Sa（T）=K×β（T），Sa（T）為加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，K為地震系數(shù)K=a/g，β（T）為放大系數(shù)譜。采用加速度反應(yīng)譜計(jì)算地震作用。取加速度反應(yīng)絕對(duì)最大值計(jì)算慣性力作為等效地震荷載F，F(xiàn)=αG，α為地震影響系數(shù)，G為質(zhì)點(diǎn)的重量。規(guī)范中用曲線形式給出了α的確定方法，α曲線又稱為地震影響系數(shù)曲線。地震影響烈

度6789多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震0.280.50（0.72）0.90（1.20）1.40

表1水平地震影響系數(shù)最大值(阻尼比0.05)

表2時(shí)程分析所用加速度時(shí)程的最大值(cm/s2)地震影響烈

度6789多遇地震1835（55）70（110）140罕遇地震125220（310）400（510）620

地震影響系數(shù)曲線特點(diǎn)：剛性體即結(jié)構(gòu)周期很短（T1）的單自由度結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)加速度和地面運(yùn)動(dòng)加速度基本相同，我們把0.1-Tg的這一段稱為加速度敏感區(qū)；當(dāng)結(jié)構(gòu)的周期很長(zhǎng)（>5Tg）（柔性體），其響應(yīng)的相對(duì)位移和地面運(yùn)動(dòng)的位移基本相當(dāng)，把大于5Tg的這一段稱為位移敏感區(qū)；在某一頻率段（介于Tg，5Tg間），結(jié)構(gòu)的響應(yīng)速度與地面運(yùn)動(dòng)速度一致，我們將其稱為速度敏感區(qū)。特征周期：規(guī)準(zhǔn)化的反應(yīng)譜曲線開始下降點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的周期值，也稱特征周期.特征周期實(shí)際上是地震專家們?yōu)榱四M地震反應(yīng)譜提出的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的需要，而根據(jù)大量地震統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提出來(lái)的一個(gè)概念，特征周期的取值和地震影響系數(shù)的取值實(shí)際都是經(jīng)驗(yàn)值，地震反應(yīng)譜就是經(jīng)過(guò)許多假定而提出來(lái)的，為了用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜模擬地震反應(yīng)譜，必須提出一個(gè)公式，而特征周期就是公式里的一個(gè)系數(shù)。參考文獻(xiàn):場(chǎng)地分類和抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的修訂方案1984年《建筑杭寒設(shè)計(jì)規(guī)范》場(chǎng)地地基修仃小組統(tǒng)計(jì)分析,平滑處理②地震影響系數(shù)曲線是如何得到的?地震動(dòng)三要素:頻譜特性、有效峰值、持續(xù)時(shí)間。2

彈塑性需求譜要實(shí)現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想，必須要對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的行為進(jìn)行有效控制?；趶?qiáng)度的設(shè)計(jì)方法以強(qiáng)度為單獨(dú)指標(biāo)來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的性能有其局限性，而且將強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)參數(shù)不直觀，容易給人造成重視強(qiáng)度要求而忽視結(jié)構(gòu)變形要求的錯(cuò)覺(jué)。位移作為控制結(jié)構(gòu)行為的重要參數(shù)，不僅可以與以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的損傷極限狀態(tài)聯(lián)系到一起，而且在宏觀上還可以對(duì)結(jié)構(gòu)的整體行為進(jìn)行合理控制。另外，能量和損傷指標(biāo)等難以實(shí)際應(yīng)用。

能力譜法譜：依照事物的類別、系統(tǒng)制的表冊(cè)地震需求譜（DemandSpectrum）即結(jié)構(gòu)在指定地震強(qiáng)度下的響應(yīng)。

結(jié)構(gòu)響應(yīng):應(yīng)力,應(yīng)變,

位移,速度,加速度①概念地震需求譜根據(jù)是否考慮單自由度體系在地震作用下剛度是否變化,分為彈性地震需求譜,彈塑性地震需求譜彈性地震需求譜:彈塑性地震需求譜:

強(qiáng)度需求譜

延性需求譜

Ay-Dy格式的地震需求譜②分類③原理強(qiáng)度折減系數(shù):為地震作用下結(jié)構(gòu)為保持其彈性所需提供的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度之比,即R=Fe/Fy延性需求系數(shù):最大位移反應(yīng)與屈服位移之比,即強(qiáng)度和延性是兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)延性需求譜:等強(qiáng)度延性需求譜,是一簇強(qiáng)度折減系數(shù)為固定值,延性需求系數(shù)為縱坐標(biāo),周期為橫坐標(biāo)的曲線強(qiáng)度需求譜:等延性強(qiáng)度需求譜是一簇延性需求系數(shù)為固定值,強(qiáng)度折減系數(shù)為縱坐標(biāo),周期為橫坐標(biāo)的曲線。應(yīng)用在傳統(tǒng)的基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)中,強(qiáng)度需求譜(R-μ-T關(guān)系)得到了廣泛研究和應(yīng)用。根據(jù)不同的地面運(yùn)動(dòng)記錄、滯回模型、場(chǎng)地條件等,國(guó)內(nèi)外學(xué)者們提出了眾多的R-μ-T關(guān)系。根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型,預(yù)先假定結(jié)構(gòu)的延性系數(shù),從而根據(jù)強(qiáng)度需求譜可求出結(jié)構(gòu)要達(dá)到預(yù)先指定的延性系數(shù)所必須滿足的最小的屈服強(qiáng)度值,然后再考慮結(jié)構(gòu)超強(qiáng)等因素對(duì)這個(gè)屈服強(qiáng)度值進(jìn)行修正,并進(jìn)一步進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。抗震性能評(píng)估可以通過(guò)比較結(jié)構(gòu)的最大位移反應(yīng)(需求)與極限位移(能力)的大小來(lái)進(jìn)行。改進(jìn)能力譜法是近年來(lái)研究得較多的一種抗震性能評(píng)估方法,其數(shù)值計(jì)算的基本過(guò)程是利用Pushover分析方法將多自由度結(jié)構(gòu)等效成單自由度體系,并計(jì)算出強(qiáng)度折減系數(shù)R,然后根據(jù)已有的R-μ-T關(guān)系反推出與R相對(duì)應(yīng)的延性需求μ,再通過(guò)位移與延性之間的關(guān)系得到結(jié)構(gòu)的位移需求,并與允許位移進(jìn)行比較。主要閱讀文獻(xiàn)AnilKChopra,RakishKGoel.CapacityDemandDiagramMethodforEstimatingSeismicDeformationofInelasticStructures:SDOFSystem.UniversityofCalifornia,Berkeley,PEERReport1999/02PeterFajfar.CapacitySpectrumMethodBasedonInelasticDemandSpectra.EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,1999,28(9):979～993王東升,李宏男,趙穎華,王國(guó)新.Ay-Dy格式地震需求譜及其在結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2006,27(1):60～65NewmarkNM,HallWJ.Seismicdesigncriteriafornuclearreactorfacilities.BuildingResearchSeriesNo.46,NationalBureauofStandards,USDepartmentofCommerce,Washington,DC,1973.p.209–36RiddelR,NewmarkNM.Statisticalanalysisoftheresponsenonlinearsystemssubjectedtoearthquakes.StructuralResearchSeriesNo.468,DepartmentofCivilEngineering,UniversityIllinois,Urbana,1979NassarA,KrawinklerH.SeismicdemandsforSDOFandMDOFsystems.ReportNo.95,TheJohnA.BlumeEarthquakeEngineeringCenter,StanfordUniversity,Stanford,CA,1991VidicT,FajfarP,FischingerM.Aprocedurefordeterminingconsistentinelasticdesignspectra.ProceedingofWorkshopnonlinearseismicanalysisofRCstructures,Slovenia,1992LeeLH,HanSW,OhYH.Determinationofductilityfactorconsideringdifferenthystereticmodels.EarthquakeEngStructDyn1999;28(9):957～977ElghadamsiFE,MohrazB.Inelasticearthquakespectra.EarthquakeEngStructDyn1987;15(2):91～104KrawinklerH,RahnamaM.Effectsofsoftsoilsondesignspectra.In:Proceedingsofthe10thWorldConferenceonEarthquakeEngineering,vol.10,Madrid,Spain,1992.p.5841–6MirandaE.Site-dependentstrengthreductionfactors.JStructEng(ASCE)1993;119(12):3503–19卓衛(wèi)東,范立礎(chǔ).結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度折減系數(shù)研究.地震工程與工程振動(dòng)，2001，21（1）：84～88翟長(zhǎng)海,公茂盛等.工程結(jié)構(gòu)等延性地震抗力譜研究.地震工程與工程振動(dòng)，2004，24（1）：22～29呂西林,周定松.考慮場(chǎng)地類別與設(shè)計(jì)分組的延性需求譜和彈塑性位移反應(yīng)譜.地震工程與工程振動(dòng),2004,24(1):39～48翟長(zhǎng)海，謝禮立.多自由度體系效應(yīng)對(duì)強(qiáng)度折減系數(shù)的影響.工程力學(xué),2006,123(11):33～37,69呂西林,周定松.考慮場(chǎng)地類別與設(shè)計(jì)分組的延性需求譜和彈塑性位移反應(yīng)譜.地震工程與工程振動(dòng),2004,24(1):39～48柳春光,包峰.基于公路工程規(guī)范地震需求譜研究.世界地震工程，2006，22（3）:21～26王東升,李宏男,王國(guó)新.雙向地震動(dòng)作用彈塑性反應(yīng)譜研究.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，45（2）：248～2