英语原文共 27 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
地震工程与结构动力学
地震结构.Dyn.2007;36：1973年至1997年
2007年6月15日在Wiley InterScience在线发布（www.interscience.wiley.com）。 DOI：10.1002 / eqe.694
符合规范的钢筋混凝土框架结构的抗震性能评估 - 从地震危险到坍塌安全和经济损失
Christine A. Goulet1,*,dagger;，Curt B. Haselton2，Judith Mitrani-Reiser3，James L. Beck3，Gregory G. Deierlein2，Keith A. Porter3和Jonathan P. Stewart1
1加州大学洛杉矶分校土木与环境工程系，洛杉矶，CA 90095，U.S.A.
2斯坦福大学土木与环境工程系，斯坦福，加利福尼亚州94305，U.S.A.
3工程与应用科学三维，加州理工学院，帕萨迪纳，CA 91125，U.S.A.
摘 要
通过应用于根据当前（2003）建筑规范规定设计的钢筋混凝土矩形框架建筑，说明了最先进的抗震性能评估。绩效是根据经济损失和崩溃安全来量化的。评估包括特定地点的地震危险性分析，坍塌的非线性动态结构响应模拟，损伤分析和损失估算。当选择与建筑物基本周期的响应谱值表示的目标危险等级一致的非线性动态分析的地面运动记录时，重要的是要考虑响应谱的形状，特别是在考虑更高的危险等级时。这是通过通常用n表示的参数完成的。在记录选择期间忽略这些影响显示导致平均年崩溃率高出5-10倍。结构响应模拟正确地解释了地面运动和结构模型中的不确定性，表明受到运动影响的建筑物的坍塌概率为2-7％，相当于50年内超过概率超过2％的危险等级。使用脆性函数和修复成本概率分布计算组件损坏的概率以及修复成本的变化的平均值和系数。各种建筑设计变型的计算预期年损失范围为重置价值的0.6％至1.1％，其中较小的损失用于上述代码设计变型，较大的损失用于设计具有最小代码合规性的建筑物。敏感性研究强调了关键建模假设对损伤准确计算和相关维修成本的影响。
1.前言
基于性能的地震工程（PBEE）包括结构的评估，设计和构造，以满足对结构的利益相关者有意义的地震性能目标（以美元，死亡或停机时间表示）。图[1]显示了太平洋地震工程研究（PEER）中心开发的PBEE方法[1]。该方法涉及图1中所有条件概率的组合数值积分，以将不确定性从一个分析级别传播到下一个分析级别，从而对性能进行概率预测。 PBEE的第一步是危害分析，其中考虑当地地震源及其特征，评估特定地震强度测量IM（或IM矢量）的平均年超速率。我们将基本模式构建周期[表示为Sa (T1)]的光谱加速度作为主要IM。一套加速度历史记录被选择并缩放以与现场危险相适应。
第二步涉及设施结构模型的一系列非线性响应历史分析，以评估其在工程需求参数（EDP）方面的响应，例如峰值间隙漂移，峰值地板加速度和峰值塑性铰旋转，以条件为基础IM。在此阶段评估结构的坍塌潜力。第三步，即损伤分析，使用脆弱性函数来表示组件（例如梁，柱，墙分区等）处于或超过特定损坏状态的条件概率。选定的损坏状态反映了将组件恢复到未损坏状态所需的修复工作。PBEE的最后一步确定了概率损失，其中可能包括维修费用，维修期限和生命损失。
我们将此方法应用于钢筋混凝土（RC）特殊抗弯框架（SMRF）建筑的八种替代布局，在此称为基准结构。我们的目标既是为了说明PBEE方法的应用，也是为了评估根据现代建筑规范条款设计和建造的类似结构的预期性能。通过PBEE流程的每个步骤包含和传播不确定性。
图1。 PBEE方法示意图 [1]。
通过概率地震危险性分析（PSHA）来解释影响地面运动的因素的不确定性。 从结构响应模拟的EDP分布评估反映了记录到记录的可变性，即仅在已知振动强度时仍存在不确定性。结构建模不确定性不包括在非崩塌案例的损坏和修复成本分析中，但它们包含在崩溃预测中，在这些预测中它们显示具有显着影响。损伤和损失分析处理给定EDP的DM的所有不确定性，以及给定DM的DV。
2.选址与描述
基准结构位于洛杉矶盆地中心附近的深层沉积物上，位于洛杉矶市中心以南33.996°N，118.162°W。 该选址位于七个已知断层的20公里范围内，但没有一个主要断层产生的断层运动主导了场地危险。 ROSRINE计划[2]提供了高质量的岩土数据，根据该计划，上部30米由沙子和淤泥组成，有粘土和鹅卵石痕迹，平均剪切波速Vs-30 = 285 m / s（NEHRP土壤为D类）。
3.BENCHMARK建筑设计
3.1.结构设计
图2显示了基准建筑的周边框架变体，该建筑是根据2003年国际建筑规范[3]设计的四层RC框架结构。空间框架的变体是类似的，但在每个网格线上都有抗弯矩框架。为了表示这种尺寸的现代建筑的设计假设的可能变化，考虑了八种设计，如表I所示。这组设计在结构系统（空间与周长），梁强度（25和0％附加）方面有所不同强度），强柱弱束率（代码最小值，10％附加柱强度）和其他因素[4]。其中七个设计符合规范;选择了另一种设计来研究强柱弱梁设计规定的重要性[5]。
该建筑物的设计用于Cs = 0.094的地震系数（横向力与建筑物重量之比）。七种设计的计算基本周期范围为0.53至1.25秒。
图2.四层办公室基准建筑的周边框架设计的平面图和立面图。
空间框架设计类似，但每个网格线上都有抗弯矩框架。
单元强度由强度要求和强柱弱梁要求控制，而尺寸由接头剪切能力规定控制，并且在较小程度上受位移限制。为了理解单元尺寸，设计A具有76厘米times;76厘米（30英寸30英寸）外部底层柱，具有2.7％纵向加固，以及76厘米 times; 102厘米（30英寸40英寸）内部底层柱增强1.9％。为了进行比较，设计E具有较小的61厘米 times; 76厘米（24英寸30英寸）外柱，1.7％加固，以及相同尺寸的内部底层柱，加强1.9％。完整的设计文档可以在[6]中找到。
对于每个结构设计，创建了四机架框架的二维分析模型。对于周边框架系统，重力系统使用等效的重力框架进行建模。二维模型固有地忽略了柱中的双轴弯曲效应;为了抵消这种简化，空间框架柱设计只是为了满足一个方向的弯曲要求。
3.2.非结构设计：在损失估算中考虑的建筑构件
为了估算结构构件，隔板，天花板，玻璃，管道，HVAC（加热，通风和空调）系统的损坏和维修成本，开发了办公楼特征的非结构和结构元件的代表性布局和库存。 和其他建筑专用部件[6]。 贝克等人。 图[4]显示，对维修成本贡献最大的建筑构件是结构构件，干墙隔墙和内墙涂料，这与我们下面提出的研究结果一致。
4.现场危险和地面运动
4.1. 危害特征描述
地面运动危险特征描述涉及两个方面 - 地震IM的量化和与危险一致的地面运动的选择。执行PSHA以表征IM的七个危险等级。PSHA考虑了几种建模不确定性来源，包括替代地面运动预测方程和故障滑动率的替代估计[6]。板1（a）显示了七个危险等级中的三个的平均均匀危险谱（#39;均值#39;指的是前面提到的建模不确定性来源的加权平均值）（所有危险等级的结果见[6]）。使用标称的第一模式建立周期T1=1.0秒，T1处七个危险等级的频谱加速度为[0.10,0.19,0.26,0.30,0.44,0.55,0.82] g。
4.2.强震记录选择方法
从PEER强运动数据库[7]中选择与危害分析结果兼容的记录。使用UHS纵坐标在T1 1.0 s处进行地震危险[8]的分解，以识别对七个危险等级的地面运动贡献最大的断层。如图1（d）所示，在高危险等级（例如50年内超过2％的概率）中，一系列近场断层产生了显着的贡献，在10-20的距离内产生6-7级地震公里，还有圣安德烈亚斯7-8级事件距离50-60公里。在较低的危险等级下，许多幅度和距离箱的贡献与估计的地面运动类似（板1（b)和（c））。
除了幅度和距离之外，还对ε（#39;epsilon#39;）进行了分解，这是一个与周期有关的量，用于测量给定周期（Sa）的光谱加速度的归一化偏移量，该偏差量来自中值。 地面运动预测方程:
(1)
其中mu;Sa和sigma;Sa是来自这些预测的Sa的中值和标准偏差（以对数正态单位表示）的预测值。 Baker和Cornell 9已经证明n是光谱形状的预测因子，可以显着影响具有相同Sa（T1）值的地面运动记录之间的非线性结构响应。发生这些依赖性是因为n与光谱形状相关，高正n（T1）与T1处的加速度光谱中的峰相关。当将地面运动缩放到目标Sa（T1）值时，在T1处的加速度谱中具有峰值的地震对于延性建筑物的损害较小，因为随着周期延伸超过峰值而发生的谱加速度减小。
在高危险等级（板1（d）），解聚结果揭示了近场，低震级事件和远场San Andreas事件的大的正ε值（ngt; 1）。之所以发生这种情况，是因为这些震源的地震回归期远低于地面运动的返回期。因此，需要大的n（即罕见的地面运动实现）来产生与这些高危险等级相关的大地面运动。对于相对较低的危险等级（板1（b）），具有较高幅度的附近源的特征在于相对较低的，通常为负的n值。这是因为附近断层上的大幅度地震可能超过低地面运动水平（即来自这些源的中值超过地面运动水平），因此产生负n。
虽然分解结果板1严格适用于1 s的光谱周期，但对于基准建筑设计变体（周期在0.53和1.25 s之间）的第一模式周期范围获得非常相似的结果。例如，在50年危险等级的10％时，平均n值分别为0.5,1和1.25 s时段的1.2,1.3和1.4，而幅度 - 距离分布可忽略不计。这些变化足够小，不会影响记录选择。
对于七个危险等级中的每一个，选择独立的加速历史套件来表示现场危险。选择这7个套房中的每个套房的记录与场地危险的几个方面一致。首先，寻求与幅度，距离和ε分解兼容的记录。所有选定的记录均来自深层土壤。对于近距离（lt;35 km）的源，选择具有适当的破裂方向性条件的记录以与分解结果一致（[6]中的细节）。基于两个水平分量的几何平均值选择记录，这与PSHA中使用的地面运动预测方程一致。因此，每个记录对提供两个水平加速度历史以用于结构模拟。针对给定危险等级的套件内的所有选定记录被缩放，使得它们的几何平均值与危险特定目标{Sa（T1)}目标匹配。缩放后所选记录的平均光谱显示在板1（a）中，同时显示均匀的危险光谱。对于给定的危险等级，两个光谱在T1 = 1.0 s时匹配，但由于场景事件固有的光谱形状而在其他时段偏离
从分解中确定。例如，在高危险等级时，正n值提供的平均光谱明显低于gt; T1时期的均匀危险光谱。
5. 结构建模与仿真
5.1. 建模概述
PBEE要求结构模型对于相对较低水平，频繁的地面运动（对损害和经济损失贡献最大）以及高水平，罕见的地面运动（其对崩溃风险的贡献最大）是准确的。对于低地面运动强度水平，裂缝和张力加强现象对RC结构的响应很重要。对于非常高的地面运动强度水平，导致坍塌的大变形的恶化是重要的。
可用的元素模型通常不能准确地表示完整的行为范围。因此，使用两种模型：用于低强度水平的纤维模型（其中裂缝和初始屈服行为控制）和塑料铰链模型以捕获强度和刚度劣化和坍塌。纤维模型由纤维梁柱单元组成，每个截面具有额外的弹性剪切自由度，带有面板剪切和粘结滑动弹簧的有限关节元件，以及柱基粘结滑动弹簧。塑料铰链模型还包括关节元件，但是梁柱元件将粘结滑动和梁柱结合在一起，从而产生对一个集中铰链的响应。由于RC SMRF建筑物[5]的现代容量设计规定，我们不期望接头控制失效机构[6]，因此我们用双线性元件对其进行建模，该双线性元件考虑裂缝而不是强度损失。同样，RC SMRF建筑物的构件也不会出现剪切破坏，因此只模拟弯曲损坏。
我们使用OpenSees进行结构分析[10]。使用侧向抵抗框架上的重力载荷和倾斜柱元件上的重力载荷的组合来考虑P-Delta效应。该模型包括固定在第一和第三模态周期11的6.5％瑞利阻尼。在一些模拟中考虑了土 - 结构相互作用（SSI），包括地基柔性和阻尼以及对建筑物基础层的地面运动的运动效应。发现SSI效应无关紧要[6]，因此不再进一步讨论。关于结构建模的所有方面的更多细节可以在[6]中找到。
5.2.用于坍塌模拟的塑性铰模型
如图3（a）所示，梁柱的塑料铰链模型具有由五个参数（My，theta;y，Ks，theta;cap和Kc）描述的三线性主干曲线。 图3（b）显示了该模型的校准测试数据的示例; 这显示了观察到的滞后响应，校准的滞后响应和校准的单调骨架曲线[12,13]。 该模型由Ibarra等人开发。 [14]和Ibarra[15]。 峰后响应的负分支模拟了与混凝土破碎和钢筋屈曲和断裂等现象相关的应变软化行为; 这个负分支的起始和斜率的准确性是崩塌模型[6,14,15]的关键方面。 该模型捕捉了循环强度和刚度退化的四种重要模式; 这是基于能量耗散能力和描述恶化率随着损害累积而如何变化的术语。
- 和弦旋转（弧度）
- 柱漂移（位移/高度）
图3.具有退化的弹簧模型的图示：（a）单调主干曲线和（b）由Saatcioglu和Grira进行的实验测试的观察和校准响应，样品BG-6 [12]，实心黑线是校准的单调骨架。校准作为一部分完成基准研究[6]和更广泛的校准研究[13]。
模
全文共22810字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[86]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
