第五讲 延性需求谱

1、专题一：基于性能的抗震设计理论延性需求谱西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉 副教授2016.3.28教 学 计 划绪论部分第一周绪论专题一：基于性能的抗震设计理论第二周基于性能的抗震设计理论研究背景介绍第三周抗震设防水准与性能水准第四周Push-over分析方法第五周延性需求谱方法第六周机动时间1专题二：连续倒塌设计理论第七周连续倒塌设计理论研究背景第八周倒塌判别标准第九周设计方法1构造措施方法第十周设计方法2拆除构件法第十一周机动时间2专题三：钢-混凝土组合结构第十二周钢-组合结构研究进展第十三周混凝土本构模型介绍第十四周试验研究第十五周试验影响因素分析第十六周机动时间3总结部分第十七

2、周提交论文专题2：连续倒塌设计理论1. 研究进展2. 混凝土本构模型3. 组合梁试验研究4. 试验影响因素分析及结论专题3：钢-混凝土组合结构1. 理论背景2. 抗震设防水准3. 性能水准4. 设计方法设计方法专题1：基于性能的抗震设计理论绪论1.什么是现代建筑？2.现代建筑面临的问题3.本课程的主要内容4.教学计划和考评关注重点：研究进展、Push-over分析方法、延性需求谱、地震波选波问题。关注重点：研究进展，本构关系，试验方法研究的主要步骤及细节问题1. 理论背景2. 倒塌判别标准3. 设计方法一4. 设计方法二关注重点：研究进展、倒塌判别标准研究、拆除构件法今天讲课内容 Conten

3、t in todays lecturel弹性反应谱理论 Elastic response spectrum theoryElastic response spectrum theoryl非弹性需求谱 Inelastic demand spectraInelastic demand spectra地震影响线系数弹性反应谱理论仍然是现阶段抗震设计的最基本理论 1.弹性反应谱理论地震影响系数曲线各参数的物理意义地震影响系数曲线是如何得到的?地震影响系数曲线各参数的物理意义定义：多次地震作用下，不同周期T，相同阻尼比的理想简化的单质点体系的结构加速度反应与重力加速度之比；是多次地震反应的包络线，是标准

4、反应谱或平均反应谱。是两项的乘积：地震系数k（地震动峰值加速度与重力加速度之比）和结构物加速度的放大倍数（结构反应加速度反应谱 与地震动最大加速度 之比）。：地震影响系数，（T）=S a（T）=K （T）， S a（T）为加速度设计反应谱，K为地震系数K=a/g，（T）为放大系数谱。采用加速度反应谱计算地震作用。取加速度反应绝对最大值计算惯性力作为等效地震荷载F，F=G，为地震影响系数，G为质点的重量。规范中用曲线形式给出了的确定方法，曲线又称为地震影响系数曲线。地震影响烈 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） 0.9

5、0（1.20）1.40 表1 水平地震影响系数最大值(阻尼比0.05) 表2 时程分析所用加速度时程的最大值(cm/s2)地震影响烈 度6789多遇地震1835（55）70（110）140罕遇地震125220（310）400（510）620地震影响系数曲线特点：刚性体即结构周期很短（T1）的单自由度结构，其响应加速度和地面运动加速度基本相同，我们把0.1-Tg的这一段称为加速度敏感区；当结构的周期很长（5Tg）（柔性体），其响应的相对位移和地面运动的位移基本相当，把大于5Tg的这一段称为位移敏感区；在某一频率段（介于Tg，5Tg间），结构的响应速度与地面运动速度一致，我们将其称为速度敏感区。特

6、征周期：规准化的反应谱曲线开始下降点所对应的周期值，也称特征周期.特征周期实际上是地震专家们为了模拟地震反应谱提出的设计反应谱的需要，而根据大量地震统计数据提出来的一个概念，特征周期的取值和地震影响系数的取值实际都是经验值，地震反应谱就是经过许多假定而提出来的，为了用设计反应谱模拟地震反应谱，必须提出一个公式，而特征周期就是公式里的一个系数。gT参考文献:场地分类和抗震设计反应谱的修订方案1984年建筑杭寒设计规范场地地基修仃小组统计分析,平滑处理地震影响系数曲线是如何得到的?地震动三要素: 频谱特性、有效峰值、持续时间。2 弹塑性需求谱 要实现基于性能的抗震设计思想，必须要对结构在地震作用下

7、的行为进行有效控制。基于强度的设计方法以强度为单独指标来衡量结构的性能有其局限性，而且将强度作为设计参数不直观，容易给人造成重视强度要求而忽视结构变形要求的错觉。位移作为控制结构行为的重要参数，不仅可以与以应变为基础的损伤极限状态联系到一起，而且在宏观上还可以对结构的整体行为进行合理控制。另外，能量和损伤指标等难以实际应用。能力谱法l 谱：依照事物的类别、系统制的表册l 地震需求谱（Demand Spectrum）即结构在指定地震强度下的响应。 结构响应: 应力,应变, 位移,速度,加速度 概念地震需求谱根据是否考虑单自由度体系在地震作用下刚度是否变化,分为弹性地震需求谱,弹塑性地震需求谱弹性

8、地震需求谱: 弹塑性地震需求谱: 强度需求谱 延性需求谱 Ay-Dy格式的地震需求谱分类原理强度折减系数:为地震作用下结构为保持其弹性所需提供的强度与结构的屈服强度之比,即 R=Fe/Fy延性需求系数:最大位移反应与屈服位移之比,即强度和延性是两个重要的结构参数延性需求谱: 等强度延性需求谱, 是一簇强度折减系数为固定值,延性需求系数为纵坐标,周期为横坐标的曲线强度需求谱: 等延性强度需求谱是一簇延性需求系数为固定值,强度折减系数为纵坐标,周期为横坐标的曲线。0123456123456789自振周期T（s）位移延性系数uy=0.500y=0.333y=0.250y=0.200y=0.167y=

9、0.143y=0.125-10123456123456789自振周期T（s）位移延性系数uy=0.500y=0.333y=0.250y=0.200y=0.167y=0.143y=0.125-201234560 123456789101112131415自振周期T（s）位移延性系数uy=0.500y=0.333y=0.250y=0.200y=0.167y=0.143y=0.125-3应用在传统的基于强度的抗震设计中,强度需求谱( R-T 关系) 得到了广泛研究和应用。根据不同的地面运动记录、滞回模型、场地条件等,国内外学者们提出了众多的R-T 关系。根据结构的类型,预先假定结构的延性系数,从而根

10、据强度需求谱可求出结构要达到预先指定的延性系数所必须满足的最小的屈服强度值,然后再考虑结构超强等因素对这个屈服强度值进行修正,并进一步进行构件截面设计。抗震性能评估可以通过比较结构的最大位移反应(需求) 与极限位移(能力) 的大小来进行。改进能力谱法是近年来研究得较多的一种抗震性能评估方法,其数值计算的基本过程是利用Pushover 分析方法将多自由度结构等效成单自由度体系,并计算出强度折减系数R ,然后根据已有的R-T 关系反推出与R 相对应的延性需求,再通过位移与延性之间的关系得到结构的位移需求,并与允许位移进行比较。主要阅读文献l Anil K Chopra , Rakish K Goe

11、l. Capacity Demand Diagram Method for Estimating Seismic Deformation of Inelastic Structures:SDOF System.University of California, Berkeley, PEER Report1999/ 02l Peter Fajfar. Capacity Spectrum Method Based on Inelastic Demand Spectra.Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1999,28(9):979993l

12、 王东升,李宏男,赵颖华, 王国新.Ay-Dy 格式地震需求谱及其在结构性能抗震设计中的应用.建筑结构学报,2006,27(1): 6065l Newmark NM, Hall WJ. Seismic design criteria for nuclear reactor facilities. Building Research Series No. 46, National Bureau of Standards, US Department of Commerce, Washington, DC, 1973. p.20936l Riddel R, Newmark NM. Statisti

13、cal analysis of the response nonlinear systems subjected to earthquakes. Structural Research Series No. 468, Department of Civil Engineering, University Illinois, Urbana, 1979l Nassar A, Krawinkler H. Seismic demands for SDOF and MDOF systems. Report No. 95, The John A. Blume Earthquake Engineering

14、Center, Stanford University, Stanford, CA, 1991l Vidic T, Fajfar P, Fischinger M. A procedure for determining consistent inelastic design spectra. Proceeding of Workshop nonlinear seismic analysis of RC structures, Slovenia, 1992l Lee LH, Han SW, Oh YH. Determination of ductility factor considering

15、different hysteretic models. Earthquake Eng Struct Dyn1999;28(9):957977l Elghadamsi FE, Mohraz B. Inelastic earthquake spectra. Earthquake Eng Struct Dyn 1987;15(2):91104l Krawinkler H, Rahnama M. Effects of soft soils on design spectra.In: Proceedings of the 10th World Conference on Earthquake Engi

16、neering, vol. 10, Madrid, Spain, 1992. p. 58416l Miranda E. Site-dependent strength reduction factors. J Struct Eng (ASCE) 1993;119(12):350319l 卓卫东,范立础.结构抗震设计中的强度折减系数研究.地震工程与工程振动，2001，21（1）：8488l 翟长海,公茂盛等.工程结构等延性地震抗力谱研究.地震工程与工程振动，2004，24（1）：2229l 吕西林,周定松.考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱.地震工程与工程振动,2004,24(

17、1):3948l 翟长海，谢礼立.多自由度体系效应对强度折减系数的影响.工程力学,2006,123(11):3337,69l 吕西林,周定松.考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱.地震工程与工程振动,2004,24(1):3948l 柳春光,包峰.基于公路工程规范地震需求谱研究. 世界地震工程，2006，22（3）:2126l 王东升,李宏男,王国新.双向地震动作用弹塑性反应谱研究.大连理工大学学报，2005，45（2）：248254l 卓卫东,范立础.结构抗震设计中的强度折减系数研究.地震工程与工程振动，2001，21（1）：8488l 翟长海,公茂盛等.工程结构等延性地震抗力谱研究.地震工程与工程振动，2004，24（1）：2229l 吕西林,周定松.考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱.地震工程与工程振动,2004,24(1):3948l 翟长海，谢礼立.多自由度体系效应对强度折减系数的影响.工程力学,2006,1