基于性能的抗震设计理论-ushover方法

专题一：基于性能的抗震设计理论——Push-over分析方法

西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉副教授教学计划绪论部分第一周绪论专题一：基于性能的抗震设计理论第二周基于性能的抗震设计理论研究背景介绍第三周抗震设防水准与性能水准第四周Push-over分析方法第五周延性需求谱方法第六周机动时间1专题二：连续倒塌设计理论第七周连续倒塌设计理论研究背景第八周倒塌判别标准第九周设计方法1——构造措施方法第十周设计方法2——拆除构件法第十一周机动时间2专题三：钢-混凝土组合结构第十二周钢-组合结构研究进展第十三周混凝土本构模型介绍第十四周试验研究第十五周试验影响因素分析第十六周机动时间3总结部分第十七周提交论文专题2：连续倒塌设计理论研究进展混凝土本构模型组合梁试验研究试验影响因素分析及结论专题3：钢-混凝土组合结构理论背景抗震设防水准性能水准设计方法专题1：基于性能的抗震设计理论绪论什么是现代建筑？现代建筑面临的问题本课程的主要内容教学计划和考评关注重点：研究进展、Push-over分析方法、延性需求谱、地震波选波问题。关注重点：研究进展，本构关系，试验方法研究的主要步骤及细节问题理论背景倒塌判别标准设计方法一设计方法二关注重点：研究进展、倒塌判别标准研究、拆除构件法今天讲课内容Contentintoday'slecture传统抗震设计方法

Traditionalseismicdesignmethod基于性能的抗震设计方法

Performance-basedseismicdesignmethod能力谱法

CapacityspectrummethodPush-over分析方法

Push-overanalysis三水准:“大震不倒、中震可修、小震不坏”三水准两阶段设计方法当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损失或者不需要修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或者不需要修理仍然可以继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预计的罕遇地震影响时，不至于倒塌或者发生危及生命的严重破坏。1

传统抗震设计方法震级:是相对于某一次具体地震而言，是根据仪器测试结果衡量某次地震释放的能量的来分级的，这个数据是唯一的。震级每相差1.0级，能量相差大约32倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。地震烈度:国家根据地面破坏程度的观察和感觉，人为地划分了12个度，即世界上通用的麦氏烈度表（MM），也有八度表和十度表。地震基本烈度:其实是根据某地区地震的历史等因素综合考虑给定的，那是一种概率评估的结果。基本烈度是指该地区今后50年时间内，在一般场地条件下可能遭遇到超越概率为10%的地震烈度.抗震设防烈度:是与建筑物的抗震性能要求有关的，它根据各地区的地震基本烈度、重要性等确定的抗震设防烈度。第一阶段设计：首先按基本烈度相应的众值烈度（相当于小震，约比基本烈度低1.55度）的地震参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应，然后与其它荷载效应按一定的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设计或验算，以保证必要的强度；再验算在小震作用下结构的弹性变形。第二阶段设计：在大震作用下，验算结构薄弱部位的弹塑性变形，对特别重要的建筑和地震时易倒塌的结构除进行第一阶段的设计外，还要按第三水准烈度（大震）的地震动参数进行薄弱层（部位）的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的设防要求（大震不倒）。在设计中通过良好的抗震构造措施使第二水准要求得以实现，从而达到“中震可修”的要求地震影响系数曲线（1）第一阶段设计第一阶段设计:弹性反应谱法反应谱:单自由度弹性系统在给定地震动作用下的最大反应随结构自振周期的变化曲线。同时是阻尼比的函数。单自由度体系:将结构中参与振动的质量全部集中在一点上，用无重的弹性杆件系统支撑于地面上。并假定地面运动和结构振动只是单方向的水平平移运动，不发生扭转。地基是刚性地面（即不考虑土-结构相互作用）地震动峰值加速度:地震动峰值加速度，与地震动加速度反应谱最大值相应的水平加速度。设计基本地震动峰值加速度:即对应基本烈度50年超越概率为10%的动峰值加速度，抗震规范明确：6度0.05g；7度0.10（0.15）g；8度0.20（0.30）g；9度0.40g。（2）第二阶段设计为实现性能抗震设计思想，可以借助多种方法，如传统的基于力的设计方法、基于位移、能量、损伤的设计方法等。但就目前的研究水平而言，把性能设计应用到实际设计中主要有两种方法：1．传统的基于力的抗震设计方法。即首先进行基于地震作用的强度计算，然后进行变形验算。与目前设计方法主要不同的是，结构性能水平要有多水准明确的量化，在考虑多级地震作用下，进行结构性能的验算。2．基于位移的抗震设计方法。即采用位移作为结构性能指标。直接以目标位移作为设计变量。采用基于位移的抗震设计方法，可以在结构设计初始就明确结构的性能设计水平，并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平，而不是传统设计时给出一个限值。2基于性能的抗震设计方法基于位移的抗震设计方法延性系数法：通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变，从而使构件具有要求的延性系数能力谱法：将地震需求谱曲线和结构能力谱曲线绘在同一图中，求得两个曲线相交点的位移，或采用图示的方法直观地评估结构在给定地震作用下的性能，它的关键就是地震需求谱曲线的研究和能力谱曲线的确定。直接基于位移的设计方法：把位移作为基本设计变量，在设计的整个过程中，位移始终处于控制地位，针对不同的功能目标，位移向量可以方便地进行调整，进而对整个设计过程做出调整，从而设计出满足不同功能的结构。能力笔谱其腰最初栋概念某是由Fr寻ee白ma保n等人在19底75年为美凭国海军受抗震工愚程项目炎做简化亚评估时萌提出的,后来俗经过宏不断部改进庆。后话应用暗于ATC也-40其,FE两MA-让273中。它是通桐过图形颈方法,把结掩构的搬能力票与地贵震地霉面运战动对璃结构制的要泊求进仁行比须较3能力谱取法三个碧概念：能力谱：是指通南过弹街塑性便静力趁分析赞方法闷得到岛的结构胁特征亮点位移与盏基底剪似力之间识的关系咏，并通惑过等效SD脏OF体系公底式将其转锈化为加叉速度——位移的披关系曲线卸；地震厦需求帜谱（Dem电and棉Sp刚ect吵rum）实质槐上是牌地震散反应饼谱曲顷线或视者输奥入地宗震动项记录按的某秘一弹浑塑性扮反应配谱曲晚线。姥一般述情况雀下，拐通过贯将需胳求谱照和能挑力谱切相叠撞加在谱位移-谱加速茶度坐标椒体系中来口评估葵结构伯在地科震作恐用下放的结沾构的降反应擦特征。性能具点：如果两曲悲线不挡相交度，说葬明结驰构未约达到恒设计培地震揭的性头能要雄求（蹈即发训生破送坏或验倒塌捐），留无法节抵御裁预计香的地大震，饰如果事两谱究线相余交，权则说是明结亮构的触抗震曾性能沉能够弟满足致抗震惕的需察要，侄相交钟点被蹈定义在为结某构抗霉震性绒能点舞（Per低for昨man订ce犁Poi膏nt），从概而可根性据该点饲对应的昨结构基瘦底剪力丸、顶点棍位移等。能力谱肉的基本笛计算步烟骤:(芦1)按规范挨进行结蒙构承载捷力设计;(材2)用静肯力弹梢塑性害分析咏方法(讯Pu萌sh症-英ov峡er绕)计算并结构湿基底当剪力-顶点脖位移vb沙-u龄n的曲线;(评3)建立能末力谱曲抄线,用等效睛单自敢由度钱体系数代替垮原结殃构,因此祖可将vb-备un曲线接转换辞为谱惩加速粘度Sa奥-谱位移Sd曲线,即能毕力谱稻曲线;(侵4)建立书非弹问性需税求谱拿曲线,可将波需求泛谱曲源线转针化成Sa芝-坡S鸡d谱曲归线;(5头)确定效结构敲的等催效延座性系视数,将能泽力谱爱曲线妻和需卸求谱询曲线始画在剃同一级坐标邻系中,检验弃结构恋的抗衣震能踩力,如图2所示。嫩两曲线捉的交点落对应的碧位移即轧为等效邀单自由嗽度体系桨的谱位巩移。将谱栽位移榨转化允成原崭结构恩的顶烘点位涉移,根据曲带线即可扣确定结孙构的塑蹄性铰分语布,然后宰修改抵设计窃方案肌或加呀固原咏结构组。4P俯ush度-ov蛇er方法弹塑米性静抖力分逆析方捉法（礼也称Pus竹h-o醉ver方法身），渠是在冲一组笋能够么近似毛反应页结构群的动姐力特撤性、泳单调育递增糠的侧死向荷罚载作拆用下乓，进荣行逐穴步弹毅塑性替静力累分析湿，直脏到结睁构达僵到预花先确废定的漠目标位位移跑或倒悉塌状绳态，父以得到结垄构位移犯与剪力的关系网曲线。弹塑性萍静力分晨析方法罢的分析投结果在糠很大程扩度上依炊赖于水另平荷载愚的分布川模式，京因此，水平西荷载喊分布跑模式净的合箭理确嘉定，宰成为层这一恒方法鹊最为获重要询的研尤究内尘容。目前荡，荷载删分布模泛式的研灭究主要牺分为两驶种：基额于力的泛加载模倘式和基款于位移栗的加载课模式。An驶il吊K俱C磨ho信pr换a雷,判Ra货ki寇sh挥K胃G疫oe蔽l.宿C控ap筹ac络it翻y至De适ma选nd挺D寄ia练gr涂am抹M宴et绿ho就d屠fo习r疯Es订ti兴ma俱ti潮ng职S哪ei糖sm荒ic浪D亏ef阳or长ma梅ti渐on抖o塘f渴In咏el牢as该ti纹c盖St滴ru晨ct酬ur既es:S品DOFSy副st见em从.宁Un爆iv翁er晕si叮ty程o妙f钉Ca讽li桥fo泳rn喊ia查,樱Be拌rk袭el盈ey愉,说PE货ER展R落ep赢or压t1义99很9/02王克买海,李茜.基于模寄态分析什的Pu晴sh络-o婚ve津r方法邀在桥妄梁抗羊震分训析中秀的应渣用