适用于区域震害模拟的混凝土高层结构损伤预测方法

城市区域高层结构的地震损伤模拟有着重要的意义。考虑到当前适用于区域高层结构地震损伤预测的研究较少,提出了一套适用于区域震害模拟的高层结构地震损伤预测方法。该方法以弹塑性弯剪模型时程分析得到的结构响应结果为基础,是一套基于构件损伤的结构损伤预测方法。本方法将高层结构中的抗侧力构件分为层间位移角敏感型构件和曲率敏感型构件。对于层间位移角敏感的框架以及连梁构件,分别给出了基于位移限值的损伤预测方法;对于曲率敏感的剪力墙墙肢构件,提出了基于构件能力曲线关键点的损伤预测方法。为了验证所提的损伤预测模型,对5栋高层结构开展了对比分析。将提出的方法与精细有限元模型进行了对比,结果表明所提区域高层结构损伤预测方法能较好地预测高层结构中各构件的损伤程度。最后对北京CBD高层区域进行了模拟,进一步展示了所提方法的效果。

多层钢框架结构的区域震害模拟多自由度模型

传统的易损性分析方法难以满足城市区域震害预测的需求。基于非线性多自由度层模型和动力时程分析的城市抗震弹塑性分析方法近年来得到快速发展。为了进一步丰富区域震害模拟的可模拟结构类型,基于城市抗震弹塑性分析方法的流程框架,建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型。通过统计规范中的公式参数和文献中的钢框架推覆结果,对模型的周期、阻尼比、骨架线参数和滞回曲线参数进行了标定,并根据文献和美国HAZUS报告给出了多层钢框架结构的损伤判别准则。最后,分别使用文献中的试验结果和文献中设计实例的推覆分析结果对模型进行了验证。结果表明:(1)建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型并进行了参数标定,为区域震害模拟提供了可用模型;(2)对多层钢框架结构的损伤判别准则进行了标定,可以根据区域震害模拟结果评价其破坏状态;(3)在考虑骨架线参数不确定性的情况下,模型精度满足区域震害模拟的要求。

考虑建筑不规则性的适度精细化区域震害模拟方法

目前,区域中存在大量的体型不规则建筑,在遭受地震作用时会产生平扭耦联效应,导致损伤加重。然而,现阶段的区域震害模拟方法以二维层间模型为主,难以考虑建筑结构的空间不规则特性。而精细化有限元模拟方法不适用于量大面广且数据模糊程度高的区域建筑震害模拟。为此,提出考虑建筑结构不规则特性且适用于区域尺度建筑群震害模拟的适度精细化高效分析方法。建立能够模拟楼层内抗侧刚度平面不规则特性的适度精细化层单元模型,通过不同层单元的串联组合实现对结构竖向不规则特性的模拟。考虑到区域建筑数量庞大,提出了两级加速动力分析方法,以减少震害模拟计算耗时,该方法在单体结构层级构建结构的摄动式隔离非线性动力控制方程提升震害模拟计算效率,进一步结合OpenMP并行方法开展区域震害模拟,实现整体层级的计算效率加速。数值算例及某区域震害模拟表明,所提方法有可靠的准确性和高效性,并且不规则结构的平扭耦联效应会导致区域建筑的震害损伤加重。

区域建筑震害模拟——以清华校园为例

在区域建筑震害模拟中采用剪切层模型与弹塑性时程分析,既可以考虑结构的高阶振型和地震动的特性,又不会导致巨大的计算量。"清华校园建筑震害预测程序"使用这种方法,可对清华校园在给定地震动下进行建筑震害模拟,并直观地显示结构各层位移响应、各层破坏状态等震害模拟结果。使用普通个人计算机对619栋校园建筑进行震害模拟,总计算耗时仅有15秒。

区域建筑震害模拟方法分析对比

地震灾害是我国城市安全的重要威胁,科学合理的城市区域建筑震害模拟对城市防震减灾的规划和应急预案的制定具有重要的参考意义。该文简单介绍了4种区域建筑震害分析方法(易损性矩阵方法、HAZUS方法、多层集中质量剪切(MCS)模型、多自由度(MDOF)剪切/弯剪模型),从典型建筑和具体区域算例的角度,对比了4种方法的预测结果,表明:1)MDOF剪切/弯剪模型对中低层建筑采用了基于中国建筑的参数标定,对于高层框剪结构考虑了弯曲变形,震害预测结果具有最佳的准确性。因此,对于中国城市区域建筑的震害预测,宜采用MDOF剪切/弯剪模型。2)相对于易损性矩阵方法,其他三种方法能更好地考虑目标区域建筑特异性。3)由于MCS模型采用HAZUS参数库进行参数标定,因此二者给出的震害结果大体相近。但MCS模型相对HAZUS方法,能更好地体现层数对结构抗侧特性(骨架线)的影响。该文的分析对比结果,可为区域震害预测研究提供参考。

城市区域建筑物震害预测剪切层模型及其参数确定方法

传统基于易损性矩阵及单自由度模型的城市建筑震害预测方法已经不能满足现代城市震害预测精度和多样性的需要。多自由度剪切层模型由于具备可接受的精度和较高的效率,非常适合于城市区域建筑物的震害模拟。但其层间滞回模型的确定存在较大的困难。因此,该研究以国内外得到广泛应用的Hazus软件作为基础,提出了相应的城市区域建筑物震害预测剪切层模型,并基于Hazus软件中通过大量调查统计得到的建筑抗震性能参数,提出了剪切层模型参数的确定方法,为精细化的城市区域建筑震害预测提供参考。