空间结构地震损伤评价指标与等级划分

作     者：代传春 丁阳 Chuanchun Dai;Yang Ding

作者机构：天津大学建筑工程学院天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)天津300350 

出 版 物：《钢结构（中英文）》 (Steel Construction（Chinese & English）)

年 卷 期：2023年第38卷第10期

页      面：1-9页

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52178497) 国家重点研发计划课题(2018YFC1504304) 

主　　题：空间结构 地震损伤 地震响应特征 损伤评价指标 损伤等级 

摘      要：大跨空间结构广泛应用于航站楼、高铁站和会展中心等大型公共建筑,这些建筑中人群密集,而且投资大,地震作用下不仅要保证其抗震安全性,还要考虑其可能的地震损伤程度和造成的经济损失,即进行性能化抗震设计。我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中关于抗震性能化设计的基本原则主要基于混凝土结构确定,不适合大跨空间结构。因此,以单层球面网壳、单层柱面网壳和桁架三种工程常用的空间结构为例,采用有限元方法分析其地震响应特征和破坏模式,确定适合的地震损伤评价指标,划分其地震损伤等级,为大跨度空间结构性能化抗震设计提供支撑。根据JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》,采用设计软件3D3S设计了不同跨度、不同矢跨比的15个单层球面网壳结构、9个单层柱面网壳结构和16个管桁架结构;采用有限元软件ABAQUS分别建立这些结构有限元模型,根据GB 50011—2010的规定,从太平洋地震工程研究中心地震动数据库中选取符合结构目标反应谱的34条地震动,对结构输入按照1∶0.85∶0.65进行三向调幅的地震动,分析结构在不同强度的不同地震动下的响应,总结结构的地震响应特征和破坏模式。结果表明:对于单层球面网壳结构,节点最大位移随地震动强度变化明显,塑性应变能可充分反映结构的损伤程度,因此采用节点最大位移和反映地震损伤程度的塑性应变能2个参数作为结构地震损伤评价指标,根据考虑两者不同权重的损伤指数提出了单层球面网壳结构地震损伤等级划分准则;对于单层柱面网壳结构,二次静力分析的结构变形与结构地震位移响应相似,说明震后结构在静力作用下的损伤是在其地震损伤上进一步发展的,因此采用地震作用前后结构的静力极限承载力作为结构地震损伤评价指标,根据考虑静力极限承载力变化的损伤指数提出了单层柱面网壳结构地震损伤等级划分准则;对于管桁架结构,主桁架跨中区域和支座附近杆件发生了较大塑性变形,结构刚度显著降低,采用塑性应变作为较大塑性变形杆件地震损伤评价指标并划分其损伤等级,根据不同损伤等级杆件所占比例提出了管桁架结构地震损伤等级划分准则。单层球面网壳结构和单层柱面网壳结构的最大位移与跨度之比均与损伤指数正相关,因此,也可根据最大位移与跨度比来划分结构的地震损伤等级,更简单快捷。