地震动强度指标选取对IDA结果的影响

2018-11-28唐月,李丹

江西建材 2018年13期

唐月 ,李丹

(安徽新华学院,土木与环境工程学院,安徽合肥 230000)

1 引言

增量动力分析(IDA)方法是一种用于评测建筑结构抗震性能的动力参数分析方法。增量动力分析方法最早是在1977年由Bertero[1]提出,后来经Cornell和Vamvatasikos[2]等学者进行进一步的发展与研究,并且在2000年已经被FEMA350[3],FEMA351[4]采用作为建筑结构整体抗倒塌能力分析的一种方法。IDA方法是一种向量化宽范围地变量参数非线性动力分析方法,可以分析出建筑结构在地震动作用时的抗倒塌能力、结构性能变化等。

2 IDA方法

增量动力分析(IDA)方法是将单一的时程分析方法,通过对地震动强度幅值进行递增式调整从而获得增量式时程分析,因此也被称为“动力推覆分析”。增量动力分析方法将地震动强度按等步长法、变步长法等方法获得一定的比例系数,计算得到不同幅值的地震动强度,结构在其作用下,进行非线性动力时程分析,得到对应的结构性能参数,将此结构性能参数DM数值与地震动强度值IM数值进行连线绘制,即为IDA曲线。

本文分别取地震动峰值加速度、阻尼比为5%的结构基本周期对应的加速度谱值、地震动峰值速度作为地震动强度IM值,结构性能参数取最大层间位移角作为DM值,进行IDA计算分析。

3 算例分析

3.1 工程概况

本文设计一栋4层钢筋混凝土框架结构,此结构模型按Ⅱ类第二组场地,设防烈度8度设计计算。结构总共4层,各层高均为3.6m,楼面恒荷载标准值为5KN/m2,楼面活荷载标准值为2 KN/m2,建筑结构布置如图1所示。结构按PKPM程序软件进行计算设计,采用MIDAS GEN进行建模和计算分析。

图1 结构平面布置图Fig.1 Layout plan of structure

选取输入八条地震动记录作用于结构模型,分别按采用峰值加速度PGA、结构自振周期的5%阻尼比对应的谱加速度谱值Sa(T1,5%)、峰值速度PGV作为不同的地震动强度参数IM值,最大层间位移角θmax作为结构性能参数DM值,按变步长法计算分析出对应的三组IDA曲线。计算所用的地震动记录如表1所示。

表1计算所用地震动记录

Table.1thegroundmotionrecordsused

序号发生时间地震动记录分量持续时间(sec)11940El Centro Site27053.7221952Taft Lincoln School6954.3831952Hollywood Storage P.E.27078.6241971San Fernando6961.8451979James RD. El Centro22037.6861994Northridge, Santa Monica, City Hall Grounds059.98

序号发生时间地震动记录分量持续时间(sec)71989Loma Prieta, Oakland Outer Wharf27039.9881966Parkfield Cholame,Shandon4026.18

3.2 计算拟合IDA曲线

使用MATLAB软件对三组IDA曲线数值用三次样条插值方法进行分析拟合,计算出的三组不同IM参数值的IDA曲线,如图2。对三组数值结果按16%、50%、84%绘制分位IDA曲线图,如图3所示。

3.3 IDA结果分析讨论

按FEMA[5]计算规则,在IDA曲线斜率处于弹性阶段20%Ke时,即为建筑结构处于不倒塌的极限状态点(CP点),而斜率刚开始出现较大变化时,即框架结构取最大层间位移角为1%时,定义为不修可继续使用状态点(IO点)。在三组分位IDA曲线标出对应IO、CP状态点,如图3。三组16%、50%、84%分位IDA曲线状态性能点如表2所示。

图2 不同强度指标的IDA曲线Fig.2 IDA curves of different intensities index

图3 16%、50%、84%分位IDA曲线Fig.3 16、50and 80% fractile IDA curves

表2 IDA曲线状态性能点Table.2 Performance points of IDA curve

在图3中,第一组曲线数值的离散性最小,第三组的分位IDA曲线数值相比第一、二组数值离散性最大,有较大的偏差。在表2中,在16%、50%、84%分位曲线上,第二组的IO点均最小,第一组数值较接近第二组数值。对于结构不修仍可继续使用状态的IO点,第二组的分析结果最为保守。对于结构不倒塌极限状态点CP点,在地震动达到1.149g时,在第二组分析中则最早可能出现结构倒塌。而当结构在地震动作用下,最大层间位移角达到0.067时,第三组的分析中则会最早可能出现结构倒塌。第一组数值分析结果向第二组结果较相近。

按ATC-63[6]提出的抗倒塌储备系数(CMR)分析建筑结构的抗倒塌能力。CMR即反应出结构的设防需求和实际抗震倒塌能力的储备指标。可以造成50%建筑结构倒塌概率的地震强度指标,即为结构的抗倒塌能力,计算方式如式1所示：

CMR=IM50%倒塌/IM设防大震

(1)

式中：IM设防大震——规范建议下的大震地震动强度指标。

按上式计算出三组不同地震动强度指标作为IM数值时的倒塌储备系数,如图4所示。

图4 倒塌概率曲线Fig.4 Collapse possibilities of frames

在图4中,三组不同的地震动强度指标作为IM系数时,其所对应的结构抗倒塌储备系数为：第一组CMR等于1.87,第二组CMR等于1.44,第三组CMR等于3.47。其中评测分析出的第二组抗倒塌储备系数数值最小,即随地震动强度增大,以Sa(T1,5%)做IM参数时,评测结构最早出现结构倒塌情况。第一组CMR曲线数值向第二组曲线靠拢,第三组的抗倒塌储备系数明显大于第一、二组,并随着地震强度增加,数值差别越明显,按第三组的评测结果,结构具有较好的抗倒塌性。