基于层间位移的抗震鲁棒性方法技术

本发明专利技术涉及一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法，将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带，提出基于层间位移的柱的层重要性系数；该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用；将该系数结合层易损性系数，确立评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。基于本发明专利技术方法得到的结论可以真实地反映不同强度地震作用下实际工程的鲁棒性，并且能指出控制框架整体抗震鲁棒性的层和柱，对框架抗震鲁棒性的FRP加固设计起指导作用。

An approach to seismic robustness based on interlayer displacement

The invention relates to a method for the robustness of seismic layer displacement based on layer as compared to the overall framework of the importance coefficient of column link, put forward the importance coefficient of the interlayer displacement of the layer column based on the coefficient of the degree of importance; the traditional column on the frame of the whole change to quantify the specific layer, the numerical reaction column the influence degree of the layer, especially for the negative value set the column instead of the negative effect on the seismic performance of the layer; the bonding layer coefficient of vulnerability coefficient, establish specific indicators and evaluation method of frame structure seismic robustness. Based on the results obtained by the method of the invention can reflect the robustness of the actual project at different earthquake intensity, and pointed out that the overall seismic robustness of the control frame layer and column reinforcement design plays a guiding role on the robustness of the FRP frame.

【技术实现步骤摘要】
基于层间位移的抗震鲁棒性方法
本专利技术属于土木工程
，特别是涉及一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法。
技术介绍
鲁棒性体现了结构对某一构件或某些构件失效而导致局部破坏的敏感性，其高于结构的安全性、适用性及耐久性基本要求，属于结构的高阶性能。随着城市密度逐渐增加，社会发展日益加快，极罕遇地震，爆炸等自然及人为灾害事件造成的结构倒塌给人们带来的损失尤为巨大，亟需对鲁棒性实质进行深入探索和考究，找出影响其关键因素，给出问题解决方案。许多学者已对结构的鲁棒性提出了独创性和具有实际使用价值的理论和评估流程。RibeiroFLA等通过数值模拟方法验证其所提鲁棒性评价方法的准确性；Baker运用风险概率理论确立了结构鲁棒性的量化方式；Starossek等基于结构受损情况，以能量耗散和刚度矩阵为指标确立了鲁棒性的计算方法；KannoY等定义了新的结构冗余度、鲁棒性概念，将结构冗余度进一步细化为强弱两个层次，并给出了上述三者之间的数学模型。LuDG等提出用剩余储备强度指标定量描述结构抵抗竖向连续倒塌的鲁棒性评估方法，基于OpenSees软件建立了一个框架模型并验证了方法的可行性。KhandelwalK等根据加载方式的不同将Pushdown技术划分为3种类型，并对一10层钢框架进行pushdown非线性分析。结果显示，基于高危险性地震所设计框架的鲁棒性要远高于基于中等地震设计框架。高扬基于平面桁架算例，在考虑桁架外力作用及拓扑关系基础上量化了构件的重要程度。黄冀卓以钢结构为模型，提出了考虑构件失效影响面积的鲁棒性评价流程。此外，叶列平、吕大刚、陆新征、李国强、黄靓等人也都从鲁棒性的量化指标、量化方法、评估流程以及未来的发展趋势作了详细分析及讨论。以上为基于竖向响应的鲁棒性分析，由地震作用所引起的抗水平连续倒塌鲁棒性的研究却非常少。吕大刚以承载力为指标基于Pushover分析方法对一5层3跨的框架结构进行抗震鲁棒性评价。杜永峰、包超等选取了不同地震动激励对框架结构进行鲁棒性分析，并提出了的鲁棒性系数量化了框架的鲁棒性。这些研究成果没有体现框架破坏时的特点，没有找到影响框架破坏的根源。框架(薄弱)层的层间位移过大、破坏是导致框架整体发生侧向连续倒塌的首要因素。以上方法仅仅从框架整体承载力的降低来评价其鲁棒性，没有找到影响框架鲁棒性的关键部位。且连续倒塌的表现形式是变形过大，即鲁棒性与变形直接相关与承载力变化情况并无直接关系，因此以承载力作为计算鲁棒性的指标缺乏科学依据。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术将框架层的地震响应作为柱与结构鲁棒性之间联系的纽带，提出了基于层间位移的鲁棒性评价方法，该方法得到的结论可以真实地反映不同强度地震作用下实际工程的鲁棒性，能指出控制框架整体抗震鲁棒性的层和柱，对框架抗震鲁棒性的(FRP)加固设计起指导作用。技术方案为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法，其特征在于：首先将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带，提出基于层间位移的柱的层重要性系数；该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用；将该系数结合层易损性系数，确立评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。上述的基于层间位移的抗震鲁棒性方法，具体步骤如下：(1)基于某一强度地震作用，分别对完整框架模型和移除柱后的损伤模型进行静力弹塑性分析，确立完整模型与各损伤模型的层间位移，依据公式(1)计算并列出所移除梁、柱的各层重要性系数λijk；其中，在某强度地震作用下，Dijk为移除i层j柱时k层的层间位移；Dk为不移除任何柱下的k层的层间位移；Dmax为该地震作用下框架结构的最大层间位移或称薄弱层层间位移；(2)依据公式(2)确立该强度地震作用下，各层的层易损性系数其中，Dk为某强度地震作用不移除任何柱的k层层间位移；Dlim为框架结构的极限层间位移，其值为(1/50)h，h为层高；(3)综合层重要性系数和层易损性系数，依据公式(3)确立柱基于各个层的框架整体的重要性系数αijk；该重要性系数αijk有多个取值，每个柱取值个数与框架总层数n相等；研究柱若有j个，则总数有n×j个；(4)比较各αijk，依据公式(4)确立框架的鲁棒性指标β，量化框架结构鲁棒性；该指标的计算来源：柱j即为框架的鲁棒性控制柱，层k即为框架的鲁棒性控制层；上述公式(1)由两部分组成：第一部分为柱对层响应的敏感程度，若Dijk＝Dk，该值为0，说明移除柱对k层极不敏感；若Dijk远大于Dk，该值接近于1，说明移除柱对k层极为敏感；若Dijk＜Dk时，该值变为负数，说明移除柱虽对k层也敏感，但敏感趋势向地震响应减小发展；第二部分是某一地震下，框架各层之间的相对重要程度比值，敏感程度与层之间相对重要程度相乘，将其乘积作为层重要系数。即将柱对各层敏感程度进行了相对于最大层间位移层(薄弱层)的归一化处理，统一了柱对各层之间重要性的标准，将其乘积作为层重要系数的取值符合逻辑。所述抗震鲁棒性适用于普通框架结构或FRP加固框架结构。优点及效果和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本方法将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带。定义了基于层间位移的柱的层重要性系数。该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用。将该系数结合定义的层易损性系数，确立了评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。该方法不但可针对单个柱失效的损伤模型，也可针对两个或两个以上柱同时失效的损伤模型。并且该方法得出的结论能指出控制框架整体抗震鲁棒性的层和柱。附图说明图1为本专利技术工作流程图。图2为框架立面图。图3为框架柱网平面图。图4为5种强度等级地震作用下完整及移除各柱框架侧向层间位移图；其中图4(a)为Level1层间位移图；图4(b)为Level2层间位移图；图4(c)为Level3层间位移图；图4(d)为Level4层间位移图；图4(e)为Level5层间位移图。图5为首层FRP加固框架鲁棒性指标图。图6为首层和2层FRP加固框架鲁棒性指标图。具体实施方式本专利技术提出了一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法，首先将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带，提出基于层间位移的柱的层重要性系数；该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用；将该系数结合层易损性系数，确立评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。通过“移除柱”后各层间位移比完整结构层间位移的变化情况作为计算该柱的层重要性系数方法。如第i层移除第j个柱对第k层的重要性系数λijk可由公式(1)确定。以层间位移储备能力作为衡量层易损性好坏的指标，基于某一强度地震作用下框架的层间位移及框架结构的极限层间位移限值，计算该地震作用下框架各层的层易损性系数。具体公式如下：基于上述层重要性系数和层易损性系数，计算柱考虑层的整体框架重要性系数，该系数与层重要性系数及层易损性系数均成正比，表征了某一强度地震作用下，柱基于各层所表征出的对结构整体破坏性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法，其特征在于：首先将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带，提出基于层间位移的柱的层重要性系数；该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用；将该系数结合层易损性系数，确立评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于层间位移的抗震鲁棒性方法，其特征在于：首先将层作为柱相对于整体框架重要性系数的纽带，提出基于层间位移的柱的层重要性系数；该系数将传统的柱对框架整体的重要程度改变为量化到具体层，其数值反应了柱对该层的影响程度，尤其取值为负表示设置该柱对该层的抗震性能反而起消极作用；将该系数结合层易损性系数，确立评定框架结构抗震鲁棒性的具体指标和方法。2.根据权利要求1所述的基于层间位移的抗震鲁棒性方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)基于某一强度地震作用，分别对完整框架模型和移除柱后的损伤模型进行静力弹塑性分析，确立完整模型与各损伤模型的层间位移，依据公式(1)计算并列出所移除梁、柱的各层重要性系数λijk；其中，在某强度地震作用下，Dijk为移除i层j柱时k层的层间位移；Dk为不移除任何柱下的k层的层间位移；Dmax为该地震作用下框架结构的最大层间位移或称薄弱层层间位移；(2)依据公式(2)确立该强度地震作用下，各层的层易损性系数其中，Dk为某强度地震作用不移除任何柱的k层层间位移；Dlim为框架结构的极限层间位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛国华，白泉，宁宝宽，杨璐，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21