一种基于位移评价指标的倒塌反应谱的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及基于位移评价指标的倒塌反应谱。
【背景技术】
[0002] 地震中建筑物倒塌是最为严重的土木工程地震灾害形式，倒塌与否是建筑物抗震 设计中生命安全设防水准是否实现的主要衡量标准。目前，多数国家的建筑物抗震设计规 范中均采用基于强度的抗震设计方法，将弹性加速度反应谱作为设计反应谱，该方法将小 震强度水平下建筑物受到的地震作用等效为拟设计结构的屈服强度，进而实现建筑物的 "小震不坏"；当建筑物遭受中震强度水平的地震作用时，结构反应进入非弹性范围，认为构 造措施可实现建筑物的"中震可修"；当建筑物遭受大震强度水平的地震作用时，结构反应 进入更强的非弹性范围，此时对于重要、复杂建筑物要求使用非线性时程分析方法来验算 建筑物的非弹性变形是否超过规定的限值，而对于一般的建筑物无需要进行倒塌能力验算 的要求。
[0003] 基于强度的抗震设计方法存在以下问题：（1)仅针对小震情况下建筑物的弹性屈 服强度进行设计，因此无法准确控制建筑物在大震情况下的非弹性位移，所以无法直接针 对抗倒塌能力进行设计；（2)仅对重要、复杂建筑物进行基于非线性时程分析方法的抗倒塌 能力验算，对于量大面广的普通建筑物未进行抗倒塌能力验算。
[0004]除以上所述抗震设计规范中常用的方法外，针对建筑物的倒塌状态的抗震设计， 近几年国外有学者提出了倒塌能力谱(CollapseCapacitySpectra)，并被广泛关注。倒塌 能力谱采用基于强度的评价指标构建反应谱，即反应谱纵轴使用与地震动强度有关的物理 量表示(一般使用谱加速度Sa(T)，T为计算反应谱所使用的单自由度结构的周期）。使用该 类型反应谱，可在已知建筑物基本周期T、屈服强度fy的情况下获得结构发生倒塌时可以承 受的地震动强度33(1')。但是，工程界普遍认为建筑物发生的位移与其所处的破坏状态具有 更直接的关系，因此在建筑物的倒塌状态评价中位移指标经常被采用，而倒塌能力谱(采用 基于强度的评价指标构建反应谱)在以位移指标作为倒塌评价标准的抗震设计中无法使 用，因此有必要建立基于位移评价指标的倒塌反应谱。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为解决现有建筑结构抗震设计规范中采用的基于强度的抗震设 计方法无法直接针对抗倒塌能力进行设计以及现有倒塌能力谱在以位移指标作为倒塌评 价标准的抗震设计中无法使用的问题，进而提出一种基于位移评价指标的倒塌反应谱。
[0006] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 步骤一、选择N条地震动记录，分别进行编号，编号为1……N，N为正整数；
[0008] 步骤二、给定单自由度结构的周期T，周期T的变化范围为0_5s，单自由度结构的周 期T以0.01s作为初始值，在步骤一中的N条地震动记录中选择编号为η的地震动记录，1 <η <Ν；
[0009]步骤三、根据步骤二中给定的单自由度结构，设计单自由度结构的动力特征:m、ko、|，其中m为结构质s；，ko为结构初始刚度，ξ为结构阻尼比；
[0010]步骤四、根据步骤二中给定的单自由度结构，选择单自由度结构的恢复力模型，给 定恢复力模型中的参数；
[0011]步骤五、根据步骤三和步骤四以地震动强度指标为纵轴，以位移反应指标为横轴， 绘制步骤二中所选择的编号为η的地震动记录对应的增量动力分析曲线；
[0012] 步骤六、利用步骤五中得到的增量动力分析曲线，计算该增量动力分析曲线的初 始斜率Kinitiai，然后计算斜率降低为20%Kinitiai时对应的^^y，记为倒塌时对应的基于 位移评价指标的倒塌反应谱
\为位移反应指标，％倒 塌时对应的基于位移评价指标的倒塌反应谱值；
[0013] 步骤七、计算完周期T为0.01s对应（后，周期T每增加0.01s重复执行 v
co.napse 步骤三至步骤六，计算不同周期T的单自由度结构对应的
直至计算完0_58范 围内不同周期T的单自由度结构对应的
纵轴，以周期T为横 轴，绘制出所选择的编号为η的地震动记录基于位移评价指标的倒塌反应谱；
[0014] 步骤八、重复执行步骤一至步骤七，直至计算完Ν条地震动记录基于位移评价指标 的倒塌反应谱，取平均值得到平均倒塌反应谱。
[0015] 发明效果
[0016] 采用本发明的一种基于位移评价指标的倒塌反应谱，该反应谱可在已知建筑物基 本周期Τ、屈服强度fy的情况下获得结构发生倒塌时所发生的位移（用于对建筑物进行抗震 能力评估），也可根据建筑物基本周期T、倒塌位移的设计限值获得建筑物的设计屈服强度 fy(用于对建筑物进行抗震能力设计）。本发明建立的倒塌反应谱可直接应用于以位移指标 作为倒塌评价标准的抗震设计中，使用简单，效率高，解决了现有抗震设计规范中采用的基 于强度的抗震设计方法存在的问题，以及现有倒塌能力谱在以位移指标作为倒塌评价标准 的抗震设计中无法使用的问题。
[0017] 本发明的提出为建筑物抗震设计中的抗倒塌能力设计提供了一种直接设计的方 法，可以解决目前建筑物抗震设计中抗倒塌能力仅依靠设计后验算来检验(不能对抗倒塌 能力进行直接设计)所存在的问题，使对建筑物抗倒塌能力的设计由定性转变为定量。
[0018]选择了一共382条地震动记录;给定单自由度结构的一个周期T=0.01s，取屈服强 度fy =0.5mg、延性系数μ=3、第二刚度系数α=0、下降段刚度系数ac =0.5;以地震动强度指 标·^为纵轴，以位移反应指标^^为横轴，绘制步骤二中所选择的一条震动对应的 增量动力分析曲线，如图3所示;计算曲线的初始斜率Kinitiai，并计算斜率降低为20 %Kinitiai 时对应K
，如图3所示，记戈
绘制出针对步骤五中所使用地震动的基 于位移评价指标的倒塌反应谱，如图4所示;计算所有地震动对应的倒塌反应谱，取平均值 得到平均倒塌反应谱，如图5所示。
【附图说明】
[0019] 图1为基于位移评价指标的倒塌反应谱的计算框图；
[0020] 图2为三线型力-变形关系模型图，fy为屈服强度，fc为峰值强度，α为屈服强度系 数，α。为下降段刚度系数，ko为初始刚度，uy为为屈服位移，U。为峰值强度对应的位移，μ为结 构延性；
[0021 ]图3为倒塌位移确定方法示意图；
[0022]图4为一条地震动的倒塌反应谱示例图，s为秒；
[0023]图5为382条地震动平均后的倒塌反应谱图。
【具体实施方式】
[0024]【具体实施方式】一:本实施方式的一种基于位移评价指标的倒塌反应谱的建立方法 具体步骤如下：
[0025]步骤一、选择Ν条地震动记录，分别进行编号，编号为1……Ν，Ν为正整数；
[0026] 步骤二、给定单自由度结构的周期Τ，周期Τ的变化范围为0_5s，单自由度结构的周 期Τ以0.01s作为初始值，在步骤一中的Ν条地震动记录中选择编号为η的地震动记录，1 <η <Ν；
[0027]步骤三、根据步骤二中给定的单自由度结构，设计单自由度结构的动力特征:m、 ko、|，其中m为结构质s；，ko为结构初始刚度，ξ为结构阻尼比；
[0028] 步骤四、根据步骤二中给定的单自由度结构，选择单自由度结构的恢复力模型，给 定恢复力模型中的参数；
[0029] 步骤五、根据步骤三和步骤四以地震动强度指标为纵轴，以位移反应指标为横轴， 绘制步骤二中所选择的编号为η的地震动记录对应的增量动力分析曲线；
[0030] 步骤六、利用步骤五中得到的增量动力分析曲线，计算该增量动力分析曲线的初 始斜率Kinitial，然后计算斜率降低为20%Kinitiadt对应的记为倒塌时对应的基于 位移评价指标的倒塌反应谱倡
^为位移反应指标，I倒 塌时对应的基于位移评价指标的倒塌反应谱值；
[0031] 步骤七、计算完周期Τ为0.01s对应的
，周期T每增加0.01s重复执行 步骤三至步骤六，计算不同周期T的单自由度结构对应的
，直至计算完0-5S范 围内不同周期Τ的单自由度结构对应β
纵轴，以周期Τ为横 轴，绘制出所选择的编号为η的地震动记录基于位移评价指标的