[发明专利]工程结构超设防烈度地震的抗震安全评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗震安全评估方法，尤其涉及工程结构超设防烈度地震的抗震安全评估方法。

背景技术

近50年，强度大、超设防烈度破坏是世界地震的显著特征之一，例如唐山(中国，1976)、Prieta(美国，1989)、Northridge(美国，1994)、Kobe(日本，1995)、Izmit(土耳其，1999)、集集(台湾，1999)、Bhuj—Ahmadabad-Rajkot(印度，2001)、Algiers—Bourmerdes—Thenia(阿尔及利亚，2003)、Bani(伊朗，2003)，Sumatra—Andaman(印度尼西亚，2004)、Kashmir South Asia(巴基斯坦和印度，2005)、Yogyakarta(印度尼西亚，2006)、Peru(秘鲁，2007)、汶川(中国，2008)、Port—au—Prince(海地，2010)、Concepcion(智利，2010)、玉树(中国，2010)、宫城县(日本，2011)等地震。这些地震明显超出了抗震设防烈度，建筑工程难以抵御，造成了严重的生命伤亡和财富损失，引起了社会的高度关注，成为工程抗震领域的前沿课题。抗震设防标准是抗震设计的基础，抗震设防标准的确定是一个涉及社会公共安全、经济投入、技术措施等多方因素的社会决策问题。应当根据设计基准期内地区的地震危险性、设防投入、损失评估等因素，按照设防效益最优的原则确定(王光远，1999)。目前，世界各国普遍采取的方案是依据设防烈度(中国等国家)或地震动参数(美国等国家)确定，也可采用地震安全性评价(地震危险性分析)确定。

我国目前的设防烈度是根据《中国地震动参数区划图（2001）》确定的。地震区划图给出的是50年超越概率为10％的结果(基本烈度，也称设防烈度)，抗倒塌水平的地震动参数(罕遇烈度)由基本烈度乘以一定的系数直接外推(中华人民共和国城乡建设与环境保护部，1989：中华人民共和国建设部，2001)，设防烈度地震与罕遇烈度相差1度。研究表明，50年超越概率2％罕遇地震与50年超越概率10％基本烈度地震，除台湾等仅占全国总陆地面积2％的少部分地区，其基岩加速度的比值为1．4-2．4，平均值为1．8(高孟潭，2006)。按照设防烈度外推罕遇地震的烈度具有不安全性，且不同地区抗倒塌风险水平差异较大。事实上，美国1996年编制完成的美国地震区划图(Frankel，A．，1996)，就是以抗倒塌参数作为基准编制的。该区划图提出了将50年超越概率2％作为抗倒塌的基准，相应的地震动参数成为最大考虑地震(MCE)，将最大考虑地震三分之二作为设防烈度考虑，保证全国具有均一的抗倒塌水平(FEMA，1997)。2010版美国荷载规范(ASCE／SEI7-10)的地震作用也是在这一方案基础上确定的。抗震设计分析方法是抗震设计的核心。超设防烈度地震下，结构已进入强非线性阶段，分析方法有静力非线性分析方法和动力非线性分析方法。静力非线性分析方法以推覆分析(Pushover Analysis)方法为代表，推覆分析方法为多自由度结构体系的非线性分析提供简便可行的方法，避免了非线性动力分析的困难和复杂性，尽管推覆分析方法在反映结构在地震作用下的动态过程方面与时程分析方法有一定差距，但在评价结构地震作用下的最大反应方面还是有一定的参考价值。Freeman(1975)、Kilar和Fajfar(1997)、Gupta和Kunnath(2000)、Chopra和Goel(2002，2003，2004)、叶献国等(2002)、汪梦甫等(2003)、，Papanikolaou和Elnashai(2006)、Papanikolaou和Elnashai(2006)、吕西林(2007)、Sun-Pi l和Yahya(2008)、Anddreas和Sotiria(2010)、门进杰和史庆轩(2011)等在结构屈服后地震作用分布的位移模式、高振型的影响、非规则性以及振动特性的变化等方面做了大量研究，有效地提高了推覆分析的计算精度。美国抗震规范(FEMA273、FEMA274，1997，ATC-63，2008)、中国抗震规范(2010)、欧洲Eurcode8(Incorporating and corrigendum July2009andJanuary2011)都推荐了这种方法。动力非线性分析方法包括非线性时程动力分析(Nonlinear Dynamic Time-history)和增量动态分析(Incremental DynamicAnalysis，IDA)。非线性时程动力分析计算量大、建模复杂，计算结果差异大(主要依赖输入的面运动情况)，较难取舍。增量动力分析将单一的时程分析扩展为增量时程分析，将逐渐增大的地震波，输入到弹塑性运动方程中，获得工程需求参数与地震动强度构成的IDA曲线，进行结构抗震全过程的评估和倒塌评估(Bertero(1977)Vamvatsikos和Cornell(2002，2005，2006))。由于采用多条地震波输入取平均值的做法，克服非线性时程动力分析了计算结果差异大较难取舍的问题。已被ATC-6390％Draft(2008)采用，作为结构整体倒塌分析的方法。