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Engineering Structures 115 (2016) 67–77
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工程结构
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平面钢/混凝土符合框架结构的地震损伤评估
George S. Kamaris , Konstantinos A. Skalomenos , George D. Hatzigeorgiou c,uArr;, Dimitri E. Beskos d,e
a
b
a School of Engineering, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United Kingdom
b Disaster Prevention Research Institute (DPRI), Kyoto University, Gokasho, Uji, Kyoto 611-0011, Japan
c School of Science and Technology, Hellenic Open University, GR-26335 Patras, Greece
d Department of Civil Engineering, University of Patras, GR-26500 Patras, Greece
e Office of Theoretical and Applied Mechanics, Academy of Athens, 4 Soranou Efessiou, GR-11527 Athens, Greece
文 章 信 息
摘 要
文章历史：
简单的经验表达式估计最大地震损害的基础上四个平面的众所周知的破坏指标常规钢/混凝土复合时刻抵制框架钢我梁和钢管混凝土(钢管)列。这些表达式的结果是基于一个广泛的参数研究涉及大量的非弹性响应帧大量普通远场类型地面运动。通过将地震记录扩展到不同的强度，以使不同强度的非弹性形变的结构，从而形成了成千上万的非线性动力学分析。创建响应数据库的统计分析表明,楼层的数量,梁强度比、材料强度和地面运动特征强烈影响结构性破坏。采用非线性回归分析以获得简单的公式,这反映了上述参数的影响,并提供直接估计的损伤指数用于这项研究。更具体地说,由于结构和地面运动的特点,可以计算出最大伤害中观察到列基地和梁。最后,三个例子来说明我们提出的使用服务表情和展示他们的准确性和效率。
接收时间 2015.4.29
修订时间 2016.1.26.
采纳时间 2016.1.27
网传时间 2016.3.3
关键词:
钢/混凝土组合框架、纯框架结构
损伤指标、地震评估
普通的地面运动
Oacute; 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
1. 背景介绍
加载下损伤的结构可以被定义为退化或恶化的完整性导致减少的负载能力。在结构抗震设计中，结构构件的一定程度的损伤是普遍接受的。这是由于在一次严重地震中设计的保持弹性的结构的成本非常大。因此，现有的地震密码。以一种含蓄的方式和更近期的基于性能的地震设计方法(2 - 4)，以一种明确的、更系统的方式，采用破坏的概念来建立与增加地震活动水平相对应的结构性能水平。这些性能水平主要描述了结构的破坏指标，如层间漂移比(IDR)或成员塑料旋转。
在文献中提出了几种确定损伤指标的方法。
uArr;
Corresponding author. Tel.: 30 2610 367769.
E-mail address: hatzigeorgiou@eap.gr (G.D. Hatzigeorgiou).
http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.01.053
0141-0296/Oacute; 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
加载下损伤的结构可以被定义为退化或恶化的完整性导致减少的负载能力。在结构抗震设计中，结构构件的一定程度的损伤是普遍接受的。这是由于在一次严重地震中设计的保持弹性的结构的成本非常大。因此，现有的地震密码。以一种含蓄的方式和更近期的基于性能的地震设计方法(2 - 4)，以一种明确的、更系统的方式，采用破坏的概念来建立与增加地震活动水平相对应的结构性能水平。这些性能水平主要描述了结构的破坏指标，如层间漂移比(IDR)或成员塑料旋转。
在文献中提出了几种确定损伤指标的方法。
一般而言，这些方法在性质上是不累积或累积的。最常用的参数的第一节课是延性,只涉及损害最大变形和仍然被视为一个关键设计参数的代码。为了解释循环加载的影响，各种非累积指数(5 - 7)中包含了简单的刚度和强度退化规则，主要是指钢筋混凝土构件。累积型指标可分为基于变形的[8]或迟滞的[9、10]公式和方法，以考虑非弹性周期的有效分布，并通过对线性损伤的累积[11]的假设来概括金属的低周期疲劳的线性规律。Sucuog˘lu和Erberik[12]发展恶化系统的低循环疲劳损伤模型的基础上,测试数据和分析和Kamaris et al。[13]提出了一种新的损伤模型表现出强度和刚度退化考虑低循环疲劳现象和轴向力和弯矩之间的交互梁柱截面的钢构件。还提出了变形和能量耗散的组合，建立了损伤指数[14]。在这些方法中，损伤被表示为由于过度变形引起的损伤的线性组合，而由于重复的循环载荷效应[14]。
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所提出的损伤表达式与文献中存在的四个损伤指标有关。这些是Park和Ang[14]、Bracci et al .[10]、Roufaiel和Meyer[6]、Banon和Veneziano[5]的损失指数。这些索引之所以被选中，是因为它们是应用程序中最广泛使用的，(ii)在Ruaumoko 2D程序[23]的帮助下可以轻松使用它们。接下来，我们将为完整性的原因给出所有这四个损害指标的简要描述。Park和Ang[14]的破坏指数是由过度变形造成的破坏的线性组合，以及重复循环载荷作用造成的破坏，如下面的方程式所示:
u
R
y
u
P
eth;3THORN;
,
thorn;
thorn;
/
thorn;
/
thorn;
/
/
MFDR
MFDR
thorn;
frac14;
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x
y
m
y
;
thorn;
M
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M
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M
thorn;
x
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,
/
/
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/
x
y
m
y
eth;4THORN;
M
M
M
M
x
y
m
y
图1.CFT-MRF配置
对文献中所使用的损害指数进行了广泛的评估，可以在鲍威尔和阿拉哈伯迪的[15]中找到。最后,连续损伤力学的概念[16]结合集中无弹力的有限元方法在钢和钢筋混凝土结构的分析(17、18)测定他们的损失。复合时刻抵抗帧(mrf)钢管混凝土(钢管)列和钢梁(CFT-MRFs)(图1)是一个相对较新的类型的结构,提供了显著的优势作为主要阻力系统在建筑结构受地震荷载。cft - mrf系统表现出了令人满意的特性，例如巨大的能量耗散和增强的强度和刚度来控制漂移。由于这些原因，在过去的几十年里，他们越来越多地研究地震荷载作用下的行为(19 - 21)，在日本和美国的高层建筑和高层建筑中都很受欢迎。
本文的主要目的是研究cft - mrfs的地震非弹性行为，并通过与框架的特征和地面运动特征相联系的最常用的损伤指数来量化其损伤。类似的表达方式已经被提交给了钢MRFs和x -加固框架[22]，但是对cft - MRFs的研究仍然没有。由于这个原因，大量的cft - mrfs受到100个普通(即没有近故障影响)的地面运动的综合作用。创建了一个响应数据库，并进行了回归分析，以获得用于预测破坏的简单公式。利用三个例子来说明该公式的使用和展示他们的效率和准确性。应指出，本文所计算的地震破坏是“可能的”，而不是决定性的损害值，因为本文所采用的程序是基于统计公式的。
该方法提供了对现有结构进行快速准确的损伤评估的方法，避免了使用更复杂和耗时的非线性动态分析。它还可以在基于性能的设计方法的框架结构的初步设计中使用，以使框架的大小达到预先选择的损伤级别。因此,设计师可以执行一个高质量的初步设计基于弹性分析和提出的关系,可以显著减少需要迭代分析/设计过程。当分析是非线性动态和耗时时，这一点非常重要。最后，提出的公式的主要优点是简单、准确和快速损伤估计，通常采用先进和昂贵的方法进行分析。
2. 本研究中使用的损害指数
单调加载下的变形。第二部分是定义为耗散能量的比值dE术语(问d)/ b,其中Qy是屈服强度系数b是一个非负参数决定从实验标定。在这项工作中，b被取等于0.025的钢梁[24]和0.03的CFT列[25]在这里使用的框架。Bracci等。[10]提出了损伤指数等于“损害消费”的比例(产能损失的损失)损失潜在的(能力),定义为在单调和适当的地区低循环疲劳信封。因此,破坏潜力就被定义为总面积单调载荷变形曲线和疲劳破坏包络线。随着损伤的发生，载荷变形曲线的退化，造成了由于强度损失造成的损伤，而不可恢复的变形造成了变形破坏。因此，该损伤索引DBRM表示为
Roufaiel和Meyer[6]提出，在M = /时，sec刚度与最小的sec刚度之间的比值，可以用来作为破坏的良好指标。定义的基础上,他们修改后的弯曲损伤率(MFDR)或DRM
由于弯矩M的弯曲度，M = / y是初始弹性刚度和下标 表示加载方向。摘要基于对钢筋混凝土构件和结构的29种不同的试验，对其模型进行了标定，并从最具代表性的技术文献中选取了其模型，并对其模型进行了标定。特别是,损伤参数dl和d2定义,分别比刚度在屈服点割线刚度的失败,和塑性耗散能量Eh的被吸收的能量归一化对弹性极限。
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图2.用方形混凝土柱来考虑框架的典型几何形状钢管(钢管)部分
如果采用弹塑性模型，d1显然等于最大位移xmax与弹性极限x位移的比值。
因此，根据上面介绍的符号，参数d和d可以表示为
Fy是屈服强度。此外,修改后的损伤参数介绍了d1和d2的形式
在a和b两个参数描述结构性问题和定义实验。曲,x和F取而代之的是h和M,分别。因此,损伤指数伏特分贝定义为
3.1设计和特点
摘要本文设计了一套48平面正则系(正交无折)的结构，用于对该工程的参数化研究，目的是针对这种类型的复合结构的广泛的结构特征。这些框架的层高和海湾宽度分别为3米和5米，以及CFT柱截面，如图2所示，其中b和t分别为方形钢管横截面的混凝土。此外,框架有以下构造特点:数量的楼层,ns,值1、3、6、9、12、15、18和20,海湾,nb = 3,钢屈服应力比es与屈服应力fs = 235 / fs 275和355 MPa的值,混凝土强度比ec = 20 / fc综合力量fc值20兆帕。此外，还考虑了梁-柱刚度比、q和柱与梁强度比的关系。框架的梁到柱刚度比是基于此的
3.本研究中使用的平面正则cft - mrf
I和l是第二个惯性矩和长度的钢构件(柱c或梁b)。混凝土芯是破解和有效的第二个定义的复合截面惯性矩根据EC4[26]。在对钢MRFs的非弹性地震响应的研究中引入了[27]，这表明与基列相比，梁的强度比是更强的。[27]后,强度比,采用在这里被定义为
MRC,1,av是塑料的时刻的平均阻力列的第一层(包括轴向载荷的影响加载重力-地震组合),MRB av是塑料的时刻的平均阻力的梁的楼层框架。这个参数量化的结构能力避免全球塑料的形成机制开发时塑性铰出现在列的基础上一楼,在梁的两端。
cft - mrfs是根据结构euro编码3[28]、4[26]和8[1]的结构而设计的，它的帮助是计算机程序SAP2000[29]和MATLAB[30]。这项工作的参数研究不是基于三维模型的设计，而是基于二维的cft - mrfs。地震荷载组合包括重力荷载G 0.3 Q = 27.5 kN / m梁 地震荷载和重力荷载组合1.35 G 1.5 Q = 42.6 kN / m G = 26 kN / m和Q = 5 kN / m thedead住地板负荷,分别。列不subjectedto双轴弯曲。地震荷载是利用设计地面加速度ag = 0.30 g，土壤类型B(土壤因子S = 1.2)和光谱类型1与行为因子q = 4进行的。除满足地震强度要求外，其他抗震设计检查包括稳定性和漂移标准的遵从性以及容量设计方面的考虑。在这里考虑的48个框架中的24个，包括对ns、q、a、束和列横断面和基本振动周期
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