【《结构抗震设计方法研究现状文献综述》4500字】

结构抗震设计方法研究现状文献综述1.1抗震设计方法发展概论20世纪初，Panetti首先提出采用静力法计算地震作用，进行抗震设计，拉开了结构抗震设计理论研究的序幕。随着科研人员对地震动和结构地震反应特性研究的不断深入，计算结构地震作用的方法先后经历了静力分析法、反应谱法以及时程分析法等多个阶段。结构的抗震设计方法也从最初的基于承载力的抗震设计，到考虑结构延性的承载力-延性组合设计理论，再到基于能量、基于损伤的抗震设计理论，直至目前基于性能的抗震设计方法。20世纪80~90年代，各国抗震规范较多采用的是考虑结构延性的承载力-延性组合设计理论。该方法可保证结构在小震下和正常使用阶段满足正常使用的功能要求，并且可以避免结构在大震下发生倒塌以保障生命安全。但是多次震害表明，虽然按照抗震规范进行设计可以保障人身安全，但是强震作用下无法将结构的损伤控制在预期的范围内，并且往往主体结构损伤严重，造成结构震后修复费用较高，给社会带来了巨大的财产损失。这使得抗震研究人员意识到按照抗震规范进行设计已难以满足社会的需求，保证结构大震不倒的前提下，仍需探索如何降低结构在强震下的损伤状态。在这样的背景下，基于性能的抗震设计理念应运而生，其最早是由美国学者Bertero等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bertero</Author><Year>1994</Year><RecNum>2009</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[18]</style></DisplayText><record><rec-number>2009</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2009</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bertero,V.V.</author></authors></contributors><titles><title>Majorissuesandfuturedirectionsinearthquake-resistantdesign</title></titles><dates><year>1994</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Bertero,1994#2009"18]提出，该设计概念一经提出，就得到了各国学者的广泛关注。美国、日本以及欧洲各国根据该设计理念，对其抗震规范进行了补充ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Council,1996#2010"19-23]，我国抗震规范中也给出了结构构件抗震性能设计方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>朱炳寅</Author><Year>2011</Year><RecNum>2016</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>2016</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2016</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>朱炳寅</author></authors></contributors><titles><title>建筑抗震设计规范应用与分析:GB50011-2010</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>建筑抗震设计规范应用与分析:GB50011-2010</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"朱炳寅,2011#2016"3]。基于性能的抗震设计思想是根据结构的用途和使用者的要求，综合考虑建造成本和结构抗震能力等因素确定结构性能目标，按照该目标进行设计，使设计的结构在未来可能发生的地震作用下具有预期的性能水平，若所设计结构不满足预期的抗震要求，则重新进行设计，直至满足要求。为了明确基于性能抗震设计中的性能目标，美国工程师协会公布的SEAOCVision2000中提出了四种结构性能水准和抗震设防水准以及三种性能目标ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Seaoc</Author><Year>1995</Year><RecNum>2018</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[24]</style></DisplayText><record><rec-number>2018</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2018</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Seaoc</author></authors></contributors><titles><title>performancebasedseismicengineeringofbuilding</title><secondary-title>Vision</secondary-title></titles><periodical><full-title>Vision</full-title></periodical><dates><year>1995</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Seaoc,1995#2018"24]，如图1.1所示。图1.1SEAOC-Vision2000给出的抗震设计性能目标Fig.1.1SeismicperformanceobjectivesproposedbySEAOCVision2000基于性能的抗震设计首先需建立结构性能水准与结构响应指标之间的关系，即采用反映结构抗震性能的性能指标对结构不同的性能水准进行量化。结构的变形、刚度、能量和损伤均可以作为结构的性能指标，根据设计中所采用结构性能指标的不同，基于性能的抗震设计方法主要包括基于位移、基于能量、基于损伤性能的抗震设计方法等。1.2基于位移的抗震设计方法基于位移的抗震设计是将结构的性能目标转化为结构的位移反应，通过合理设计使结构在预期地震作用下的位移满足要求来实现预期的性能目标。目前，基于位移的抗震设计方法主要包括延性系数法、能力谱法以及直接基于位移设计方法。（1）延性系数法该方法是保证构件延性的抗震设计方法，既有研究较多通过建立构件延性与混凝土极限压应变之间的关系，根据设计需求对构件进行配箍设计，使得构件具备足够的延性和变形能力。现行抗震规范ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>朱炳寅</Author><Year>2011</Year><RecNum>2016</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>2016</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2016</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>朱炳寅</author></authors></contributors><titles><title>建筑抗震设计规范应用与分析:GB50011-2010</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>建筑抗震设计规范应用与分析:GB50011-2010</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"朱炳寅,2011#2016"3]在基于承载力设计的基础上，通过构造措施保证构件的延性，就属于延性系数法。（2）能力谱法能力谱法最早由Freeman等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Freeman</Author><Year>1975</Year><RecNum>2020</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[25]</style></DisplayText><record><rec-number>2020</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2020</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Freeman,S.A.</author><author>Nicoletti,J.P.</author><author>Tyrell,J.V.</author></authors></contributors><titles><title>EvaluationsofExistingBuildingsforSeismicRisk-ACaseStudyofPugetSoundNavalShipyard,Breme</title><secondary-title>journalofzhejianguniversityscience</secondary-title></titles><periodical><full-title>journalofzhejianguniversityscience</full-title></periodical><dates><year>1975</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Freeman,1975#2020"25]提出，该方法首先需建立结构的能力谱线和需求谱线，并将结构的能力谱线和需求谱线置于同一坐标系中，两条谱线的交点即为结构的“性能点”，判断性能点与目标位移的误差是否在容许范围内，若不满足要求，则重新进行设计，直至满足要求。我国学者针对高性能结构基于能力谱法的抗震设计已经取得了一定的研究成果。如梁兴文等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张思海</Author><Year>2006</Year><RecNum>2022</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[26]</style></DisplayText><record><rec-number>2022</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-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dary-title>地震工程与工程振动:英文版</secondary-title></titles><periodical><full-title>地震工程与工程振动:英文版</full-title></periodical><pages>285-296</pages><volume>5</volume><number>002</number><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Rahman,2006#2026"30]提出了自复位剪力墙结构基于位移的抗震设计方法，并通过试验验证了该方法能够实现预期的设计目标。Maley等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Maley</Author><Year>2010</Year><RecNum>2028</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>2028</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2028</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>TimothyJ.Maley</author><author>TimothyJ.Sullivan</author><author>GaetanoDellaCorte</author></authors></contributors><auth-address>ROSESchool,IUSSPavia,Pavia,Italy;;DepartmentofStructuralMechanics,UniversityofPavia,Italy;;DepartmentofStructuralEngineering,UniversityofNaples“FedericoII”,Italy</auth-address><titles><title>DevelopmentofaDisplacement-BasedDesignMethodforSteelDualSystemsWithBuckling-RestrainedBracesandMoment-ResistingFrames</title><secondary-title>JournalofEarthquakeEngineering</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofEarthquakeEngineering</full-title></periodical><volume>14</volume><number>sup1</number><keywords><keyword>DirectDisplacement-BasedDesign</keyword><keyword>DualSystems</keyword><keyword>Moment-ResistingFrames</keyword><keyword>Buckling-RestrainedBraces</keyword><keyword>ResidualDisplacements</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>1363-2469</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"Maley,2010#2028"31]提出钢框架-BRB结构基于位移的抗震设计方法，依据该方法设计了不同层数的防屈曲支撑钢框架结构，时程分析结果表明按照该方法设计可较好的控制结构的位移和变形，并且BRB能够有效降低结构的残余位移。Lin等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lin</Author><Year>2003</Year><RecNum>2027</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-number>2027</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2027</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Y.Y.Lin</author><author>M.H.Tsai</author><author>J.S.Hwang</author><author>K.C.Chang</author></authors></contributors><auth-address>DepartmentofCivilEngineering,Lan-YangInstituteofTechnology,I-Lan,Taiwan;;DepartmentofCivilEngineering,NationalTaiwanUniversity,Taipei,Taiwan;;DepartmentofConstructionEngineering,NationalTaiwanUniversityofScience&Technology,Taipei,Taiwan</auth-address><titles><title>Directdisplacement-baseddesignforbuildingwithpassiveenergydissipationsystems</title><secondary-title>EngineeringStructures</secondary-title></titles><periodical><full-title>EngineeringStructures</full-title></periodical><volume>25</volume><number>1</number><keywords><keyword>Displacement-baseddesign</keyword><keyword>Substitutestructure</keyword><keyword>Targetdisplacement</keyword><keyword>Equivalentdamping</keyword><keyword>Energydissipationsystems</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>0141-0296</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"Lin,2003#2027"32]采用等代结构法模拟结构以及耗能装置的力学特性，给出了利用等代结构法进行设计计算时的迭代收敛方法，提出消能减震结构基于位移的抗震设计流程，并验证了所提方法的准确性。李钢等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李钢</Author><Year>2007</Year><RecNum>55</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[33]</style></DisplayText><record><rec-number>55</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">55</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李钢</author><author>李宏男</author></authors></contributors><auth-address>大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室,大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室辽宁大连116023,辽宁大连116023</auth-address><titles><title>基于位移的消能减震结构抗震设计方法</title><secondary-title>工程力学</secondary-title></titles><periodical><full-title>工程力学</full-title></periodical><pages>88-94</pages><number>09</number><keywords><keyword>抗震设计</keyword><keyword>消能器</keyword><keyword>滞回曲线</keyword><keyword>位移反应谱</keyword><keyword>时程分析</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><isbn>1000-4750</isbn><call-num>11-2595/O3</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"李钢,2007#55"33]指出LinADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lin</Author><Year>2003</Year><RecNum>2027</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-number>2027</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2027</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Y.Y.Lin</author><author>M.H.Tsai</author><author>J.S.Hwang</author><author>K.C.Chang</author></authors></contributors><auth-address>DepartmentofCivilEngineering,Lan-YangInstituteofTechnology,I-Lan,Taiwan;;DepartmentofCivilEngineering,NationalTaiwanUniversity,Taipei,Taiwan;;DepartmentofConstructionEngineering,NationalTaiwanUniversityofScience&Technology,Taipei,Taiwan</auth-address><titles><title>Directdisplacement-baseddesignforbuildingwithpassiveenergydissipationsystems</title><secondary-title>EngineeringStructures</secondary-title></titles><periodical><full-title>EngineeringStructures</full-title></periodical><volume>25</volume><number>1</number><keywords><keyword>Displacement-baseddesign</keyword><keyword>Substitutestructure</keyword><keyword>Targetdisplacement</keyword><keyword>Equivalentdamping</keyword><keyword>Energydissipationsystems</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>0141-0296</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"Lin,2003#2027"32]提出的设计方法需要进行大量迭代计算，不适用于复杂结构，以结构构件设计为主，消能器作为强度补充的设计思想，给出了消能减震结构基于位移的完整设计流程，该方法以现行抗震规范为基础，设计流程简单可行且易于接受。周颖等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周颖</Author><Year>2019</Year><RecNum>2029</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[34]</style></DisplayText><record><rec-number>2029</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2029</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周颖</author><author>肖意</author><author>顾安琪</author></authors></contributors><auth-address>同济大学土木工程防灾国家重点实验室;</auth-address><titles><title>自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法</title><secondary-title>建筑结构学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>建筑结构学报</full-title></periodical><pages>17-26</pages><volume>40</volume><number>10</number><keywords><keyword>自复位支撑</keyword><keyword>摇摆框架</keyword><keyword>四水准抗震设防</keyword><keyword>基于位移抗震设计</keyword><keyword>弹塑性时程分析</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1000-6869</isbn><call-num>11-1931/TU</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"周颖,2019#2029"34]设定了自复位剪力墙结构四水准的抗震设防目标，根据此目标建立该结构体系基于位移的抗震设计流程，通过弹塑性时程分析结果验证了该方法的有效性。综上，既有研究中针对高性能结构基于位移的抗震设计，大多以整体结构的位移作为性能目标，因而只能从宏观层面上控制结构的整体变形，尚未落实到结构构件在地震作用下的变形能力设计，因而难以精准把控高性能结构多抗抗震防线在地震作用下的损伤演化次序，使得高性能结构功能按照既定次序出现。1.3基于能量的抗震设计方法基于位移的抗震设计概念较为清晰，十分利于推广，但是其无法考虑结构在地震作用下的累积损伤效应，而基于能量的抗震设计方法则可以综合考虑承载力、变形和耗能等多重影响因素，便于结构的性能化设计，因而受到研究人员的关注。1956年，HousnerADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Housner</Author><Year>1956</Year><RecNum>2030</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[35,36]</style></DisplayText><record><rec-number>2030</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2030</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Housner,G.W.</author></authors></contributors><titles><title>LimitDesignofStructurestoResistEarthquakes</title><secondary-title>procofwcee</secondary-title></titles><periodical><full-title>procofwcee</full-title></periodical><dates><year>1956</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Housner</Author><Year>1959</Year><RecNum>2031</RecNum><record><rec-number>2031</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2031</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Housner,G.W.</author></authors></contributors><titles><title>BehaviorofStructuresduringEarthquakes</title><secondary-title>JournaloftheEngineeringMechanicsDivision</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournaloftheEngineeringMechanicsDivision</full-title></periodical><pages>283-303</pages><volume>85</volume><dates><year>1959</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Housner,1956#2030"35,\o"Housner,1959#2031"36]首次在结构抗震设计中引入能量平衡概念。随后，Fajfar等系统研究了单自由度系统能量输入与分配关系，给出了钢筋混凝土框架结构基于能量的抗震设计流程ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Fajfar,2010#2033"37-39]。ShenADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Akbas</Author><Year>2001</Year><RecNum>2036</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[40]</style></DisplayText><record><rec-number>2036</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2036</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Akbas,B.</author><author>Shen,J.</author><author>Hao,H.</author></authors></contributors><titles><title>Energyapproachinperformancebasedseismicdesignofsteelmomentresistingframesforbasicsafetyobjective.StructDesofTallBuildings</title><secondary-title>StructuralDesignofTallBuildings</secondary-title></titles><periodical><full-title>StructuralDesignofTallBuildings</full-title></periodical><pages>193-217</pages><volume>10</volume><number>3</number><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Akbas,2001#2036"40]则提出了钢框架结构的能量设计方法。随着计算机的发展以及结构弹塑性时程分析方法研究的不断深入，高性能结构的能量设计方法已取得一定的研究成果。如Choi等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Choi</Author><Year>2006</Year><RecNum>2037</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[41]</style></DisplayText><record><rec-number>2037</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2037</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-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ovider></record></Cite></EndNote>[\o"朱立华,2018#62"45]认为消能减震结构的主体结构在强震作用下也会进入损伤状态，以消能器耗能为主，主结构耗能为辅的设计思想，给出可考虑主结构损伤耗能的消能减震结构基于能量的设计方法，且该方法无迭代过程，设计过程简单易操作。虽然基于能量的抗震设计方法可以综合考虑承载力、变形和耗能等多重因素，但是地震作用下结构中滞回耗能分布以及计算方式均十分复杂，并且高性能结构因具备多道抗震防线，结构形式复杂多样化，这也给高性能结构的抗震设计增加了难度。1.4基于损伤的抗震设计方法随着研究者对结构损伤研究的不断深入，结构基于损伤的抗震设计理论也取得了一定的研究成果，该方法是将结构的抗震性能与损伤状态建立联系，以结构预期损伤指标作为设计参数进行抗震设计。欧进萍等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>欧进萍</Author><Year>1999</Year><RecNum>2042</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[46]</style></DisplayText><record><rec-number>2042</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="w525rxxsjxst9lew20rpvtzkwaaw0vravt0f">2042</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>欧进萍</author><author>何政</author><author>吴斌</author><author>邱法维</author></authors></contributors><auth-address>哈尔滨建筑大学!中国哈尔滨１５０００８,哈尔滨建筑大学!中国哈尔滨１５０００８,哈尔滨建筑大学!中国哈尔滨１５０００８,哈尔滨建筑大学!中国哈尔滨１５０００８</auth-address><titles><title>钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计</title><secondary-title>地震工程与工程振动</secondary-title></titles><periodical><full-title>地震工程与工程振动</full-title></periodical><pages>21-30</pages><number>01</number><keywords><keyword>钢筋混凝土结构</keyword><keywor