一种基于位移能力谱多水准抗震设计方法.pdfVIP

一种基于位移能力谱的多水准抗震设计方法1 李鹏，易伟建 湖南大学土木工程学院（410082 ） E-mail ：microly@163.com 摘 要：在改进能力谱的基础上，提出基于位移能力谱的多水准抗震设计方法。其特点在于 在同一个需求谱上提出了对应不同强度水平的多级地震设防水准，使结构能同时满足“小震 不坏”的弹性位移需求和“ 中震可修”及“大震不倒”的弹塑性位移需求。从多水准需求谱上得 到多个基于位移设计的控制点，构造一条结构设计能力基准曲线。从而可以直观而全面的评 价建筑结构是否满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的多级性能目标。最后给出的单自由 度桥墩的设计过程说明了本文所提方法是一种简便且有效的方法。 关键词：基于性能抗震设计，基于位移抗震设计，多级性能目标，能力谱法 1. 引言 由于现代社会的发展使得一些地区(如大城市)集中了大量的社会财富，如果在这些地区 发生强烈地震，即使结构不发生倒塌，因结构破坏也可能会给社会带来巨大的财产损失，给 社会经济以及人们的心理带来巨大的负面影响。基于性能的抗震设计要求结构在满足生命安 全的基础上还要做到具有最佳的经济性能。目的就是在未来抗震设计中，在不同强度水平地 震作用下，能够有效的控制建筑物的破坏状态，使建筑物实现明确的不同性能水平。从而使 建筑物在整个生命周期内，在遭受可能发生的地震作用下，总的费用达到最小。 对于不同强度水平的地震设置多个道设防水准，把结构的变形和损伤控制在目标范围内 的多水准设计方法逐步在各国的规范中得到了体现。目前我国的“三水准” 的抗震设防思想， “小震不坏，中震可修，大震不倒” 的抗震设计原则和国外提出的类似的多水准抗震设计目标 [1]都是基于性能的抗震设计思想的体现。 但是由于有的规定比较模糊，在实际设计中 很 难控制。实质上目前抗震设计还是以保护 生命安全为设计的目的。 比如根据美国联邦紧急救援署提供的 资料[2]，基于性能的抗震研究可以沿用四个 性能水准： 水准 1 基本完好：无永久侧移；结构基 本保持原有强度和刚度；结构构件以及非结 图 1.结构的性能目标 构构件基本不损坏。所有重要设备仍正常工 作。 水准 2 轻微破坏：无永久侧移；结构基本保持原有强度和刚度；结构构件与非结构构 件有轻微破坏。电梯能够重新启动，防火措施得力。 水准 3 生命安全：所有楼层都有残留强度和刚度；承受重力荷载的构件仍起作用；不 发生墙体平面外失效或女儿墙倒塌；有永久侧移。隔墙破坏，建筑修复费用可能很高。 1本课题得到国家自然科学基金和高校博士点专项基金（20030532020）的资助。 -1- 水准 4 不倒塌：几乎没有残留刚度和强度；但承受荷载的柱子和墙体仍起作用；有大 的永久侧移。一些出口被堵，内隔墙和无支撑的女儿墙已经或开始失效，建筑即将倒塌。 尽管是规定了多个设防水准，但是由于有的规定比较模糊，在实际设计中很难控制。实 质上目前抗震设计还是以保护生命安全为设计的目的。往往还是根据某一个水准进行设计。 同时结构的性能水准通常是通过其变形表现出来的，而基于位移的抗震设计是现阶段比 较可行的一种实现基于性能的抗震设计理念的方法，它是以结构在各级地震设防水准下的允 许位移为目标进行结构及构件设计。采用基于位移的抗震设计方法，可以使人们在设计初始 就对结构的性能水平有明确的认识，同时也可避免传统设计方法带来的重复设计。 2. 能力谱方法 在基于位移的抗震设计方法中能力谱方 法能直观的表现结构性能与地震需求之间关 系。能力谱方法经国内外广大学者研究已日趋 成熟，为 Tri Service 两水准抗震设计规程所采 用，在美国 ATC-33 、ATC-40 规范中也引入了 能力谱方法。 能力谱法最早是由Freeman等提出来的， 后经众多学者进一步发展及完善。1999 年 Fajfar[3]对能力谱法在基于力的抗