一種基于主余震序列的損傷指數(shù)評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地震工程領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于主余震序列的損傷指數(shù)評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 歷史地震資料表明，一次大的主震之后往往會伴隨有大量余震。結(jié)構(gòu)在主震作用 之后的較短時間內(nèi)會遭受余震的作用，在運(yùn)種情況下，結(jié)構(gòu)在主震作用下已經(jīng)有了一定的 損傷而無法得到修復(fù)，余震對結(jié)構(gòu)的附加損傷會使得結(jié)構(gòu)發(fā)生進(jìn)一步破壞甚至倒塌，從而 造成嚴(yán)重的地震財產(chǎn)損失和人員傷亡，許多震害資料也證明了運(yùn)一點(diǎn)。然而，我國乃至于世 界上的抗震設(shè)計規(guī)范均沒有考慮余震對結(jié)構(gòu)的不利影響，因此評估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在主余震地震 動作用下的性態(tài)對于未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的修訂具有重要意義。
[0003] 損傷指數(shù)能夠綜合考慮結(jié)構(gòu)最大變形與滯回耗能對結(jié)構(gòu)最終損傷的貢獻(xiàn)，進(jìn)而對 結(jié)構(gòu)的破壞程度能有更加準(zhǔn)確的評定。已有研究表明損傷指數(shù)能更為有效的反映已損傷結(jié) 構(gòu)(主震作用所致)在余震作用下產(chǎn)生的附加損傷，因此在建立反應(yīng)譜時采用損傷指數(shù)來衡 量結(jié)構(gòu)的破壞（即損傷譜)能夠提供一種簡單有效的工具來評估結(jié)構(gòu)在主余震作用下的破 壞程度。然而目前學(xué)者提出的損傷譜模型均是基于主震單獨(dú)作用，而忽略了余震對結(jié)構(gòu)的 影響，因此提出基于主余震的損傷譜模型，對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的性態(tài)評估具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 結(jié)構(gòu)在主余震序列作用下的損傷會超過主震單獨(dú)作用，即結(jié)構(gòu)因余震的作用而產(chǎn) 生了附加損傷。結(jié)構(gòu)在主余震作用下的附加損傷主要由強(qiáng)余震造成，因此主要考慮兩種主 余震序列，即主震加一次強(qiáng)余震和主震加兩次強(qiáng)余震。
[000引挑選主震及余震地震動時遵循W下的條件：（1)對于僅包含一次余震的主余震序 列，主震地震動及余震地震動的峰值地面加速度PGA均大于0.1 g; (2)對于包含兩次余震的 主余震序列，主震地震動的峰值地面加速度PGA均大于0.1 g，而余震地震動的峰值地面加速 度PGA均大于0.05g。對于同一臺站上記錄到的主余震序列，如果其主震地震動和余震地震 動均滿足條件（1 )，那么就將主震地震動和運(yùn)條余震地震動組合成包含一次余震的主余震 序列型地震動;如果其主震地震動和任意兩條余震地震動均滿足條件(2)，那么就將主震地 震動和運(yùn)兩條余震地震動組合成包含兩次余震的主余震序列型地震動。最終，共挑選出218 條包含一次余震的序列型地震動和91條包含兩次余震的序列型地震動。
[0006]采用VSa來表征余震地震動的相對強(qiáng)度，VSa的定義如下：
(1)
[000引式中Sa,as為余震地震動的譜加速度，Sa,ms為主震地震動的譜加速度；
[0009] 將余震地震動的VSa調(diào)幅至不同的水平來代表不同強(qiáng)度的余震地震動。對于包含 一次余震的主余震序列，將VSa調(diào)幅至0.5、0.8和1.0，對于包含兩次余震的主余震序列，將 ▽ Sa至0.5和0.8。地震震級對地震動的強(qiáng)度有著很大的影響，而余震的震級要低于主震的 震級，因此一般情況下余震地震動的強(qiáng)度都會小于主震地震動，因此本文將VSa最大調(diào)幅 至1 . O，即余震地震動的強(qiáng)度等于主震地震動。
[0010] 滯回模型為：（1)理想彈塑性化PP)模型，用來模擬沒有退化的結(jié)構(gòu)；（2)修正的 Clou曲(MC)模型，用來模擬結(jié)構(gòu)在外力作用下的剛度退化；（3)捏縮(PH)模型，用來模擬鋼 筋混凝±結(jié)構(gòu)的裂縫張開及閉合，或者鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象；（4)基于Park等提出的S參數(shù) 模型的剛度強(qiáng)度退化(SSD)模型，用來模擬結(jié)構(gòu)在加載過程中的剛度退化及強(qiáng)度退化。
[0011] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有地震損傷指數(shù)評估方法中只考慮主震單獨(dú)作用，而忽略余震對 結(jié)構(gòu)的影響的問題，而提出一種基于主余震序列的損傷指數(shù)評估方法。
[0012] -種基于主余震序列的損傷指數(shù)評估方法，按W下步驟進(jìn)行：
[0013] -、根據(jù)實(shí)際地震動類型選擇一個結(jié)構(gòu)滯回模型；
[0014] 二、選擇單自由度結(jié)構(gòu)的周期、質(zhì)量、阻尼，并計算結(jié)構(gòu)動力特性；
[0015] =、根據(jù)選定的地震動類型和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行彈性分析，得到彈性強(qiáng)度需求Fe;
[0016]四、選擇強(qiáng)度折減系數(shù)值R，并計算出非彈性結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度Fy;
[0017] 五、根據(jù)結(jié)構(gòu)動力方法計算出結(jié)構(gòu)該滯回模型在地震作用下的反應(yīng)，并根據(jù)損傷 計算公式得到結(jié)構(gòu)的損傷指數(shù)DI;
[0018] 六、根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)DI的統(tǒng)計結(jié)果，提出主余震序列的損傷譜預(yù)測模型。
[0019] 本發(fā)明包括W下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明方法考慮不同強(qiáng)度的余震對結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合結(jié)構(gòu)不同的滯回特性， 能夠應(yīng)用于不同類型的結(jié)構(gòu)在主余震作用下的性態(tài)評估，與傳統(tǒng)方法相比，不僅簡單更具 有實(shí)用性；
[0021] 2、采用本發(fā)明方法評估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在主余震地震動作用下的性態(tài)對于未來結(jié)構(gòu)抗 震設(shè)計規(guī)范的修訂具有重要意義。
【附圖說明】
[0022] 圖1為損傷指數(shù)的計算流程圖；
[0023] 圖2為EPP結(jié)構(gòu)損傷譜模型計算值與統(tǒng)計值的比較圖，條件為主震，R = 2,4,6;
[0024] 圖3為EPP結(jié)構(gòu)損傷譜模型計算值與統(tǒng)計值的比較圖，條件為主余震，R = 2,4,6，V Sa = O.5；
[0025] 圖4為EPP結(jié)構(gòu)損傷譜模型計算值與統(tǒng)計值的比較圖，條件為主余震，R二2,4,6，^ Sa 二 0.8;
[0026] 圖5為EPP結(jié)構(gòu)損傷譜模型計算值與統(tǒng)計值的比較圖，條件為主余震，R = 2,4,6，V Sa 二 1 ? 0 ;
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合圖1、圖2和具體 實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 一、本實(shí)施方式所述的一種基于主余震序列的損傷指數(shù)評估方法， 按W下步驟進(jìn)行：
[0029] -、根據(jù)實(shí)際地震動類型選擇一個結(jié)構(gòu)滯回模型；
[0030] 二、選擇單自由度結(jié)構(gòu)的周期、質(zhì)量、阻尼，并計算結(jié)構(gòu)動力特性；
[0031] =、根據(jù)選定的地震動類型和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行彈性分析，得到彈性強(qiáng)度需求Fe;
[0032] 四、選擇強(qiáng)度折減系數(shù)值R，并計算出非彈性結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度Fy;
[0033] 五、根據(jù)結(jié)構(gòu)動力方法計算出結(jié)構(gòu)該滯回模型在地震作用下的反應(yīng)，并根據(jù)損傷 計算公式得到結(jié)構(gòu)的損傷指數(shù)DI;
[0034] 六、根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)DI的統(tǒng)計結(jié)果，提出主余震序列的損傷譜預(yù)測模型。
[0035] 本實(shí)施方式包括W下有益效果：
[0036] 1、本實(shí)施方式考慮不同強(qiáng)度的余震對結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合結(jié)構(gòu)不同的滯回特性， 能夠應(yīng)用于不同類型的結(jié)構(gòu)在主余震作用下的性態(tài)評估，與傳統(tǒng)方法相比，不僅簡單更具 有實(shí)用性；
[0037] 2、采用本實(shí)施方式方法評估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在主余震地震動作用下的性態(tài)對于未來結(jié) 構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的修訂具有重要意義。
【具體實(shí)施方式】 [0038] 二、本實(shí)施方式是對一所述的一種基于主余震序列的 損傷指數(shù)評估方法的進(jìn)一步說明，步驟一中所述的滯回模型為:理想彈塑性模型或修正的 Clou曲模型或捏縮模型或基于化rk等提出的S參數(shù)模型的剛度強(qiáng)度退化模型。
【具體實(shí)施方式】 [0039] =、本實(shí)施方式是對一或二所述的一種基于主余震序 列的損傷指數(shù)評估方法的進(jìn)一步說明，步驟一中所述的地震動類型為僅有一次主震動或一 次主震加一次余震或一次主震加兩次余震。
【具體實(shí)施方式】 [0040] 四、本實(shí)施方式是對一=之一所述的一種基于主余震 序列的損傷指數(shù)評估方法的進(jìn)一步說明，步驟二中所述的非彈性單自由度結(jié)構(gòu)的周期范圍 為0.1~6.Os,周期間隔為0.1s，阻尼比為5%;所述的結(jié)構(gòu)動力特性為剛度和圓頻率。
[0041]
【具體實(shí)施方式】五、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一至四之一所述的一種基于主余 震序列的損傷指數(shù)評估方法的進(jìn)一步說明，步驟四中所述的強(qiáng)度折減系數(shù)值R，R取值為2、 3、4、5、6;
[0042] 強(qiáng)度折減系數(shù)R的計算公式為：
(2)
[0044]其中，F(xiàn)e為結(jié)構(gòu)體系在給定的主震作用下保持彈性所需要的最低強(qiáng)度，F(xiàn)y為非彈性 結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度，根據(jù)公式(2 )可計算Fy。
[004引【具體實(shí)施方式】六、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一至五