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基于损伤视角的大跨隔震结构抗震性能及易损性深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，频繁地给人类社会带来沉重的灾难。近年来，全球范围内地震灾害频发，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。例如，2025年3月28日缅甸发生的7.7级地震，截至5月30日，已记录到184次余震，仅5月就发生33次轻微至中等强度余震。此次强震造成超过3.804万亿缅币的损失，内比都在内的10个省邦受灾，6个地区受损严重，3739人死亡、68人失踪、5104人受伤，大量房屋、建筑及其他设施损毁。再如，日本近期地震活动频繁，2025年1月13日宫崎县东部海域发生6.9级地震，2024年11月27日本州岛西岸附近海域发生6.3级地震，2024年8月宫崎县附近海域发生7.1级地震。日本政府公布的“南海海槽特大地震”损失预测数据显示，若发生该地震，将带来超过292万亿日元的经济损失，甚至可能导致约29.8万人丧生。这些惨痛的事件警示着我们地震灾害的严重威胁，也凸显了提升建筑结构抗震性能的紧迫性。

大跨结构，如体育馆、展览馆、机场航站楼等，在现代社会中扮演着至关重要的角色，它们是公共活动的重要场所，承担着举办大型活动、保障交通枢纽运行等重要功能。然而，由于其跨度大、空间开阔、结构形式复杂等特点，在地震作用下的受力情况极为复杂，抗震性能面临严峻挑战。一旦在地震中遭受破坏，不仅会导致巨大的经济损失，还可能引发严重的人员伤亡，对社会秩序和经济发展造成严重的负面影响。

隔震技术作为一种有效的抗震手段，通过在结构与基础之间设置隔震装置，能够延长结构的自振周期，减少地震能量向上部结构的传递，从而显著降低结构的地震响应。隔震结构的加速度反应通常仅为传统抗震结构的1/4-1/12，能有效提高结构的地震安全性及舒适感，防止非结构构件破坏和建筑物内物品的振动、移动和翻倒，同时还能降低房屋结构造价。因此，将隔震技术应用于大跨结构中，为提高大跨结构的抗震性能提供了新的途径和方法。

对大跨隔震结构进行抗震性能评价和地震易损性分析具有重要的现实意义。通过抗震性能评价，可以全面了解大跨隔震结构在地震作用下的力学性能、变形能力、耗能特性等，评估其是否满足抗震设计要求，为结构的设计优化提供科学依据。地震易损性分析则能够从概率的角度预测结构在不同强度地震作用下发生各种破坏状态的可能性，为震前的灾害预防、制定应急预案以及合理确定抗震设防标准提供有力支持。这对于保障人民生命财产安全、降低地震灾害损失、促进社会可持续发展具有重要的意义。

1.2国内外研究现状

国外对大跨隔震结构的研究起步较早，尤其在日本、美国、加拿大等地震多发国家，隔震技术得到了广泛应用。在隔震装置方面，对摩擦滑移型、摩擦摆型、橡胶支座型等装置进行了深入研究，形成了较为成熟的设计方法和理论体系。在抗震性能评价方面，通过大量实验和数值模拟，对隔震结构的动力特性、地震反应等有了深入了解。例如，日本学者通过对多个实际工程的监测和分析，验证了隔震技术在大跨结构中的有效性，并提出了一些改进措施。

国内隔震结构的研究始于20世纪80年代，近年来发展迅速。在新型隔震装置研制方面，取得了显著成果，成功研制出多种具有自主知识产权的隔震装置。在隔震结构设计与应用方面，已形成了一套适合我国国情的设计方法，并在多个大型工程中得到应用，如一些体育场馆和大型展览馆等。在抗震性能评价和地震易损性分析方面，国内学者也进行了大量研究，通过实验和数值模拟相结合的方法，对大跨隔震结构的抗震性能进行了深入分析。然而，目前仍存在一些问题需要解决，如隔震装置的耐久性、隔震结构的动力特性与地震波传播的相互作用、隔震结构的施工与维护等。

1.3研究内容与方法

本研究旨在深入探讨大跨隔震结构的抗震性能评价和地震易损性分析。具体研究内容包括：

确定大跨隔震结构抗震性能评价指标：从结构的强度、刚度、变形能力、耗能能力等多个方面，选取合适的评价指标，如层间位移角、结构加速度响应、构件内力等，全面评估大跨隔震结构的抗震性能。

研究大跨隔震结构地震易损性分析方法：采用基于性能的分析方法，结合概率统计理论，考虑地震动的不确定性和结构参数的变异性，建立大跨隔震结构的地震易损性模型，分析结构在不同地震强度下的破坏概率。

进行大跨隔震结构抗震性能评价和地震易损性分析：以实际大跨隔震结构工程为背景，利用有限元软件建立结构模型，进行动力时程分析，获取结构在不同地震波作用下的响应数据。在此基础上，运用上述评价指标和分析方法，对结构的抗震性能进行评价，绘制地震易损性曲线，分析结构的易损性特征。

研究方法上，综合运用理论分析、数值模拟和实验研究。理论分析方