【基于IDA的地震易损性理论分析3000字】

基于IDA的地震易损性理论分析目录TOC\o"1-3"\h\u27918基于IDA的地震易损性理论分析 1117661.1增量动力分析的理论与方法 143071.1.1IDA方法的基本理论 1136731.1.2地震动强度指标的选用 2261981.1.3连体结构性能水准的划分 294641.1.4地震波的选取与调幅 3113931.2结构地震易损性分析理论和方法 5257301.1.1地震易损性分析的基本原理 5178861.1.2地震易损性分析的公式推导 5增量动力分析作为结构地震易损性分析的重要计算方法。结构IDA分析得到的IDA曲线不仅可以有效地预测结构在地震动强度下的地震响应，从而对其抗震性能做出准确判断；而且是地震易损性分析的基础，通过其可以建立地震概率需求模型和地震易损性函数，进而从概率的角度评价结构在不同地震强度下超越某一性能水准的概率。对于本文所研究的不规则复杂连体结构也是建立在增量动力分析的基础上展开的，从而研究连体结构在不同地震动强度的超越概率与不同性能水准下的地震风险。本章通过介绍增量动力分析和地震易损性的基本原理与方法。1.1增量动力分析的理论与方法1.1.1IDA方法的基本理论增量动力分析(IncrementalDynamicAnalysis)是在许多次多次弹塑性时程分析的基础上，建立起的一种参数分析法，具体为将同一条地震动进行的多次非线性时程分析，通过一定的方法逐级放大的地震作用，从而得出结构非线性发展的影响规律，以及结构从线性、非线性直至发生结构倒塌全过程中的性能。通过对IDA结果进行分析统计，可以从概率的角度评价不同地震动强度下的结构的性能水平。将其与地震易损性理论结合，可以得到结构超越某性能水准的概率，如正常使用（Operational,OP）、立即使用（ImmediateOccupancy,IO）、生命安全（LifeSatety,LS）、防止倒塌（CollapsePrevention,CP）等。IDA分析的基本步骤如下图2-1所示。图2-1IDA分析的基本步骤Fig.2-1ThebasicstepsofIDAanalysis1.1.2地震动强度指标的选用地震动强度指标（IntensityMeasure）是反映地震动强度大小的参数，通常在选取时应考虑地震动的三要素（频谱、峰值加速度和持时）。一般要求单调递增且与调幅系数成正比，一般可以选取地面峰值加速度（PGA）、应谱加速度Sɑ（T1,5%）和地面峰值速度（PGV）等指标。Pitilakis等[60]统计了欧洲学者关于RC建筑物地震易损性研究所采用的地震动强度指标，列出了被采用地震动强度指标的百分比分布图，如图2-2所示。本文研究的连体结构各区域主体为五层RC框架结构，故选用PGA作为地震动强度指标。图2-2欧洲地震易损性研究中各地震动强度指标所占百分比Fig.2-2PercentageofvibrationintensityindicatorsinvariousregionsinEuropeanseismicvulnerabilityresearch1.1.3连体结构性能水准的划分结构性能水准表示建筑物在某一地震强度作用下损伤的最大程度，通过对建筑物划分不同的性能水准，从而明确结构在地震作用下所能满足的结构性能。美国FEMA-356[61]将性能水准划分为四级，分别是正常使用、立即使用、生命安全和防止倒塌；日本《建筑基准法》划分为最大地震动水平下的生命安全和全生命周期内地震动下的结构限制破坏。《建筑工程抗震性态设计通则》将结构的性能水准划分为五级，分别为充分运行、运行、基本运行、生命安全和接近倒塌，而我国《建筑抗震设计规范》中将抗震设防标准划分为“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”[62]，各水准对应的性能目标见表2-1。表2-1建筑抗震设计规范的性能目标Table2-1Performanceobjectivesofthecodeforseismicdesignofbuildings地震设防水准基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏小震完好完好完好完好中震基本完好稍加维修正常使用稍微维修后使用介于轻微和中等破坏大震稍加维修正常使用介轻微和中等破坏需加固后使用接近严重破坏，需大修1.1.4地震波的选取与调幅a）地震波的选取地震是一种常见的自然灾害，受地震发生机理、传播介质和场地类别等诸多因素的影响，具有很大的不确定性。地震动的随机性导致不同的地震波输入造成的结构反应也不尽相同。考虑到地震动的随机性和不确定性，通常以地震动的三要素作为控制指标；同时考虑到不同地震波波计算结果的离散性，需要选择尽可能多的地震波以减小分析所带来的误差。目前，对选取地震波有很多相关的原则与方法，美国FEMAP695[63]报告基于以下原则选取地震易损性分析所需的地震动：（1）地震震级超过6.5级；（2）震源机制为走滑或逆冲断层；（3）场地为岩石或硬土场地；（4）震中距应该大于10km；（5）同一地震的地震动记录不应2条；（6）地震动的最大峰值加速度超过0.20g，（7）地震动的有效周期不小于4s；（8）安放强震仪的位置。根据结构所处的建设场地，参考相关选波条件，从PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter数据库[64]中选取了10条远场地震动记录，相关地震动信息见表2-2，规范设计反应谱和地震动的转化谱的关系如图2-3所示。表2-2选取地震动详细信息Table2-2Selectdetailedinformationofgroundmotion编号地震名称记录站时间震级Vs/km/s1NorthwestCalif-02FerndaleCityHall19416.6219.312BorregoElCentroArray#919426.5213.443NorthwestCalif-03FerndaleCityHall19517.36316.464KernCountyTaftLincolnSchool19527.36385.435KernCountySantaBarbaraCourthouse19526.0493.56ElAlamo"ElCentroArray#919566.8213.447Hollister-02HollisterCityHall19606.7219.318BorregoMtnLA-HollywoodStorFF19716.61634.339SanFernandoCastaic-OldRidgeRoute19716.6159110Managua_Nicaragua-01Managua_ESSO19726.64288.77b）地震波的调幅在对结构进行IDA分析时，需要按照一定的调幅规则对地震波的最大峰值加速度进行调整，使得经过不同次数调幅的地震波可以模拟结构从线弹性、非线弹性、塑性直到结构发生破坏的整个过程。常用的调幅方法有等步长法、变步长法和Hunt&fill法三种.根据我国各设防烈度区域的地震风险情况，见表2-3，并结合振动台试验现象，本文采用变步长调幅，共调幅10次，调幅水平分别为：0.018g，0.1g，0.15g，0.20g，0.30g，0.40g，0.51g，0.62g、1.0g及1.20g。地震波三向输入时按X向：Y向：Z向=1:0.85:0.65的比例调整后，对连体结构进行IDA分析。（a）地震波1～5（b）地震波6～10图2-3所选用强震记录的加速度反应谱与规范设计谱对比Fig.2-3Comparisonofaccelerationresponsespectrumrecordedbystrongearthquakesandstandarddesignspectrum表2-3地震波调幅方法参考表/cm/s2Table2-3Referencetableofseismicwaveamplitudemodulationmethod/cm/s2设防烈度6度7度8度9度多遇地震1835（55）70（110）140设防地震50100（150）200（300）400罕遇地震125220（310）400（510）620100012001.2结构地震易损性分析理论和方法1.1.1地震易损性分析的基本原理地震易损性(SeismicFragilityAnalysis)是指结构在不同强度地震作用下发生某种破坏状态的条件概率，可以用公式2-1表示。它可从宏观上理解为地震动强度输入大小与结构发生破坏程度的关系，其内容包括概率地震需求分析[65-66]基本原理表达式为：（2-1）1.1.2地震易损性分析的公式推导1）结构概率地震需求模型概率地震需求模型是通过线性回归分析，建立地震动强度与结构需求之间的概率关系。结构性能指标DM与地震动强度参数IM满足如下关系，见公式2-2，将本文所选取的指标带入，并两边取对数得到公式2-3。（2-2）（2-3）式中，ɑ=lnα，b=β，其中ɑ，b为回归系数，从而计算可得到α，β。在同一地震强度下不同地震波输入得到结构的动力响应服从对数正态分布，所以结构地震需求D的概率密度函数可以用公式2-4~2-6表示。结构抗震能力C的概率密度函数也可以用公式2-7表示。（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）式中：ulnD表示结构需求的对数均值；βlnD表示结构需求的对数标准差；ulnC表示结构抗震能力的对数均值；βlnC表示地震需求的对数标准差。2）结构地震易损性公式结构地震易损性是指在不同地震动强度作用下，结构达到或超过某一定性能状态的概率，可用公式2-7表示。（2-7）式中：FR表示结构地震易损性函数；P表示在某地震动强度下失效概率；D表示结构损伤指标；C表示地震动强度参数。地震动强度参数C和结构损伤指标D，为相互独立随机变量，并均服对数从正态分布，则由数学知识可得：Z=lnC-lnD服从正态分布，其平均值为：μZ=μC-μD，标准差为：。