一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法，建立建筑结构弹塑性计算模型，初选和二选地震波；将二选地震波施加到建筑结构弹塑性计算模型上进行弹性时程分析，获取地震波；用获取的地震波对建筑结构弹塑性计算模型进行主震及主余震双向激励，绘制IDA曲线；绘制IDA曲线族图、百分位曲线图、建筑结构能力曲线图和主震及主余震作用下的能量时程曲线图等基本计算参数，通过公式计算出基于结构应变能的建筑结构整体损伤指数，对建筑结构整体损伤进行量化评估。该评估方法可以相对敏感地反应结构损伤程度，还可以较好地弥补现有技术中的损伤模型采用单一位移或基于力概念的破坏准则对结构整体损伤及破坏机理评价的片面性。理评价的片面性。理评价的片面性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法


[0001]本专利技术属于结构整体损伤判定
，涉及一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法。

技术介绍

[0002]在地震作用下，建筑结构体系类型的复杂多样性及地面运动的不确定性，都会导致建筑结构体系震损破坏的类型呈现复杂多样性。因此，建立准确且能够反映结构体系实际震损的损伤模型是工程抗震的关键，通过该损伤模型可以对结构体系损伤程度进行定量描述，并能够准确判断结构体系的损伤状态，进而指导采取合适的维修、加固、改善措施。
[0003]实际震害表明：建筑结构体系的震损破坏始于材料层次，之后不断累积发展，引起构件破坏继而不断延伸至楼层破坏，最终导致建筑结构体系整体功能失效。因此，现有技术中的结构体系损伤模型大多从三个层次研究，即：材料层次、构件层次和结构层次。材料层次的地震损伤，更多的是研究材料的损伤本构，而如何实现从材料损伤到结构体系整体损伤还需更多深入的研究。构件层次的地震损伤更多地依据相关梁、柱的实验研究，提出构件层次损伤模型，结构整体损伤则是通过构件的损伤指数加权组合得到。
[0004]由此可见，建筑结构体系整体损伤评价是一个由微观至宏观的过程，由于微观损伤发展路径的不确定性，使得通过材料层次和构件层次损伤判定基本公式得出建筑结构体系整体损伤模型的判定方法变得非常困难。
[0005]结构损伤的初期研究阶段，主要采用单参数损伤模型进行量化评估，但随着对结构体系地震损伤的深入研究，单一的性能参数不能全面评估结构体系在地震作用下的损伤程度。因此，为了克服单参数损伤模型的局限性，双参数破坏准则作为评估地震作用下结构的损伤机理，在工程界得到了广泛的认可。双参数破坏准则认为：在地震作用下，建筑结构体系的损伤是首次超越破坏和累积损伤破坏共同影响的结果，首次超越破坏表示结构体系的最大地震反应（如变形和位移等）的力学指标首次超过规定的限值而导致结构体系发生突发性破坏；累积损伤破坏是由于结构体系在往复地震作用下，内部产生不同程度的损伤，导致结构（如强度和刚度等）的力学性能退化，进而使结构体系承载力不断下降、损伤不断累积引起的破坏。与构件层次的损伤模型相比，结构整体损伤指数由于结构本身的复杂性和相关试验验证的缺乏，以及没有较完备的理论推导过程，因此，目前尚未有被普遍认可的整体损伤模型。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法，量化评估建筑结构整体损伤。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法，按以下步骤进行：1）选定建筑结构的几何参数、构件尺寸、材料信息、地震动参数以及材料本构，然
后，利用有限元分析软件Abaqus建立建筑结构弹塑性计算模型；2）按照《建筑抗震设计规范》GB50011
‑
2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3
‑
2010中的地震记录选取原则，依据建筑结构设计地震烈度、场地类别和地震分组初步筛选地震波；再依据《建筑抗震设计规范》GB50011
‑
2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3
‑
2010设计建筑结构的规范谱，以建筑结构主振型周期点处对应的地震动反应谱的平均反应谱的谱值与规范谱的谱值相差不大于20%为原则第二次筛选地震波；将第二次筛选出的地震波施加到建筑结构弹塑性计算模型上进行弹性时程分析，依据每条地震动弹性时程计算所得结构基底剪力不小于振型分解反应谱法的65%以及多条地震动弹性时程计算所得结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法80%的原则进行最终的地震动筛选；并基于该最终的地震动筛选原则选取主震地震动记录，获得选取的地震波；3）用选取的地震波对建筑结构弹塑性计算模型进行主震及主余震双向激励；4）以双向激励后的弹塑性计算模型中的地震峰值加速度作为地震动强度参数，选取建筑结构体系最大层间位移角作为结构性能指标，绘制IDA曲线；5）利用Huntfill法对地震动进行非等幅调幅，搜索建筑结构体系倒塌点；再基于Huntfill法，绘制建筑结构在所选取的地震动作用下的IDA曲线族；采用IM准则，将IDA曲线统计绘制为16%、50%和84%的百分位曲线；以50%的百分位曲线为基准，对不同的建筑结构体系，以50%的百分位曲线的极限层间位移角的某一取值作为损伤模型的极限层间位移角，该极限层间位移角为IDA曲线上某点与该某点前一点的连线斜率小于20%的曲线点，作为结构倒塌最大位移点；对于选取的多条地震波，依据多次增量动力分析IDA曲线的数据结果，绘制该建筑结构能力曲线，并获得平均结构能力曲线，然后计算平均结构能力曲线所包围的面积，作为耗能项分母E
USE
；依据结构地震动反应时程绘制建筑结构在主震及主余震作用下的能量时程曲线图，获得建筑结构主震及主余震时程曲线滞回耗能E
△
E1
，滞回耗能应变能增量E
AEI
的值为建筑结构滞回耗能E
△
E1
与地震持时的比值；6）根据公式D
SEN
=[(U
rd
/U
μd
)
1/2
]+(E
AEI
/E
USE
) 计算出基于结构应变能的建筑结构整体损伤指数，对建筑结构整体损伤进行量化评估；式中：D
SE
为基于结构应变能的建筑结构整体损伤指数；U
rd
为建筑结构在地震作用下的反应最大层间位移角；U
ud
为建筑结构极限最大层间位移角；E
AEI
为滞回耗能应变能增量；E
USE
为建筑结构在地震作用下的极限应变能。
[0008]本专利技术评估方法吸收现有技术中已有的结构整体损伤判定方法中的优势及合理部分，基于结构应变能，通过首次超越破坏和累积损伤破坏的耦合作用，经过一系列理论公式推导，得出了一种新的用于量化评估结构整体损伤的指数模型，然后归纳总结得出基于结构应变能的建筑结构整体损伤指数模型的操作过程，通过建立整体损伤模型，提出基于结构应变能的结构整体损伤指数，用于量化评估结构整体的损伤程度。
[0009]本专利技术选择应变能指标分析结构在地震作用下的动力反应，可以相对敏感地反应结构的损伤程度，还可以较好地弥补现有技术中的损伤模型采用单一位移或基于力概念的破坏准则对结构整体损伤及破坏机理评价的片面性。此外，本专利技术提出的基于结构应变能的结构整体损伤量化评估方法具有相对完备的理论研究过程，通过与现有技术中的结构整
体损伤模型对比分析发现，本专利技术基于结构应变能的结构整体损伤量化评估方法在结构整体损伤评估方面具有一定的合理性及可信性，并且还可以较好地应用于超高层建筑结构。
附图说明
[0010]图1是本专利技术评估方法的流程图。
[0011]图2是IDA曲线族图。
[0012]图3是IDA的百分位曲线图。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构应变能的建筑结构整体损伤量化评估方法，其特征在于，该评估方法按以下步骤进行：1）选定建筑结构的几何参数、构件尺寸、材料信息、地震动参数以及材料本构，然后，利用有限元分析软件Abaqus建立建筑结构弹塑性计算模型；2）按照《建筑抗震设计规范》GB50011
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2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3
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2010中的地震记录选取原则，依据建筑结构设计地震烈度、场地类别和地震分组初步筛选地震波；再依据《建筑抗震设计规范》GB50011
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2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3
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2010设计建筑结构的规范谱，以建筑结构主振型周期点处对应的地震动反应谱的平均反应谱的谱值与规范谱的谱值相差不大于20%为原则第二次筛选地震波；将第二次筛选出的地震波施加到建筑结构弹塑性计算模型上进行弹性时程分析，依据每条地震动弹性时程计算所得结构基底剪力不小于振型分解反应谱法的65%以及多条地震动弹性时程计算所得结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法80%的原则进行最终的地震动筛选；并基于该最终的地震动筛选原则选取主震地震动记录，获得选取的地震波；3）用选取的地震波对建筑结构弹塑性计算模型进行主震及主余震双向激励；4）以双向激励后的弹塑性计算模型中的地震峰值加速度作为地震动强度参数，选取建筑结构体系最大层间位移角作为结构性能指标，绘制IDA曲线；5）利用Huntfill法对地震动进行非等幅调幅，搜索建筑结构体系倒塌点；再基于Huntfill法，绘制建筑结构在所选取的地震动作用下的IDA曲线族；采用IM准则，将IDA曲线统计绘制为16%、50%和84%的百分位曲线；以50%的百分位曲线为基准，对不同的建筑结构体系，以50%的百分位曲线的极限层间位移角的某一取值作为损伤模型的极限层间位移角，该极限层间位移角为IDA曲线上某点与该某点前一点的连线斜率小于20%的曲线点，作为结构倒塌最大位移点；对于选取的多条地震波，依据多次增量动力分析IDA曲线的数据结果，绘制该建筑结构能力曲线，并获得平均结构能力曲线，然后计算平均结构能力曲线所包围的面积，作为耗能项分母E
USE
；依据结构地震动反应时程绘制建筑结构在主震及主余震作用下的能量时程曲线图，获得建筑结构主震及主余震时程曲线滞回耗能E
△
E...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮佳，李中辉，王春好，
申请(专利权)人：甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：