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基于推覆分析的RC框架地震倒塌易损性预测

第32 卷第4 期《地震工程与工程振动》Vol．32 No．4

摘要：基于倒塌率的结构倒塌易损性分析是目前评价结构抗倒塌能力最合理的方法。但是，目前基于增量动力分析( IDA) 的倒塌率分析方法，工作量和实施难度大，很难直接用于工程设计，因此有必要研究便于工程应用的新方法。本文基于18 个典型多层RC 框架结构的IDA 倒塌率分析和静力推覆分析，发现RC 框架在大震下的倒塌率及抗倒塌安全储备( CMR) 与静力推覆得到的结构位移安全储备之间存在较好的相关关系。依据此关系，建议了保证大震倒塌率的推覆位移安全储备，并通过9 个RC 框架结构算例进行了验证。本文方法简单易行，可供规则多层RC 框架结构抗倒塌设计参考。
关键词：静力推覆分析; 地震倒塌易损性; IDA; 倒塌率; 位移安全储备
中图分类号：P315．9; TU375．4    文献标识码：A     文章编号：1000 － 1301( 2012) 04 － 0001 － 06

Abstract：The collapse-vulnerability analysis based on collapse probability is the most reasonable method to evaluate the collapse resistant capacity of structures． However，currently collapse probability analysis is mostly based on incremental dynamic analysis ( IDA) ，which is difficult to be directly used for engineering design due to relatively heavy workload and complicated procedure． Therefore，it is necessary to develop a new method，which is convenient for engineering application． In this paper，18 RC frames are analyzed respectively by using pushover analysis and IDA． Then，the correlation between the results of pushover and those of IDA are studied． The results show that there are fairly good correlated relations between the collapse margin ratio ( CMR) ，the collapse probability under maximal considered earthquake ( MCE) and the displacement margin ratio from pushover analysis． Based on these relations，the design displacement margin ratio of pushover analysis to meet the requirement of the collapse probability under MCE is recommended． Nine additional RC frames are used to validate the proposed displacement margin ratio，which shows this method is easy to use and can provide reference for engineering design of regular multistory RC frame．
Key words：pushover analysis; seismic collapse vulnerability; IDA; collapse probability; margin ratio

引言
建筑物在强震下的倒塌破坏是造成人员伤亡和财产损失的主要原因。因此保证强震作用下建筑结构的抗倒塌能力，是建筑抗震设计的核心目标。由于强震下结构的倒塌破坏机制和抗倒塌能力受地震动参数( 峰值、频谱、持时等) 和结构体系与结构形式的影响，因此目前强震作用下结构抗倒塌能力评价最为合理的方法是基于弹塑性时程分析的倒塌易损性分析方法。该方法采用增量动力弹塑性时程分析方法( Incremental Dynamic Analysis， IDA) ［1］获得在不同地震强度下的结构倒塌率，作为结构抗倒塌能力的评价依据。目前，国内外研究者已基于IDA 方法对结构的倒塌易损性进行了大量的研究［1 － 5］，为探求结构的倒塌原因，改进结构抗震设计方法提供了重要参考。
IDA 方法虽然准确可靠，但存在计算量大、地震动记录选取对分析结果影响大、不便于工程应用等问题。而静力推覆分析( Pushover Analysis) 因操作简单、且可以较好地描述整体结构的非线性特征，对于规则的中低层结构有较好的适用性，目前已在工程界得到大量应用。本文基于18 个典型多层RC 框架结构，分别采用IDA 倒塌率分析和静力推覆分析，研究其倒塌率及抗倒塌安全储备指标( CMR) 与静力推覆分析得到的结构位移安全储备之间的相关关系，进而依据此关系可利用静力推覆分析结果来评价结构的抗地震倒塌能力，可供规则多层RC 框架结构抗地震倒塌设计参考。

结论
为了便于工程应用，本文提出了基于静力弹塑性分析预测RC 框架地震易损性的思路和具体方案。以18 个不同结构尺寸的RC 框架为研究对象，将静力弹塑性分析结果与IDA 分析得到的CMR 结果和设计大震下的倒塌率进行了对比。研究结果表明: RC 框架的CMR 值和设计大震下的倒塌率与推覆分析的位移安全储备和能量安全储备之间存在着一定的相关关系，通过数据回归分析可得到由位移安全储备估计地震倒塌概率的计算公式。最后，建议了通过控制结构推覆位移储备以满足结构设计大震下倒塌率要求的方法。本文提出的基于静力推覆分析预测RC 框架倒塌易损性的方法简单、易行，便于工程人员参考和应用。
需要说明的是，本文采用位移安全储备来近似估计大震倒塌率，该方法适用于推覆曲线无显著强化的RC 框架结构，对于推覆曲线有强化的RC 框架－ 剪力墙结构和RC 剪力墙结构，本文方法偏于保守。另外，本文仅研究了12 层( 含) 以下的规则框架结构。超过12 层时可能由于高阶振型参与较多，Pushover 方法的实用性有待进一步检验。

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