比较两个简化的结构力学方法分析脆弱性评估

文摘

分析脆弱性评估方法应该被验证或验证通过比较他们的损伤预测数据与实际观察到的损害。然而,有许多困难相关的比较分析与观察损伤破坏预测;例如,有很大的不确定性相关的工程场地的地震动预测建筑物受到破坏。直到这些问题可以解决,值得考虑的力学简化分析脆弱性评估方法和验证这部分的方法通过比较详细的结构模型。本文着眼于两个力学脆弱性评估方法(DBELA和SP-BELA)和比较这些方法的非线性静态响应预测与有限的要素的非线性分析原型的建筑。比较城市人口的预测反应的建筑使用这两种方法进行,和这些差异对脆弱性曲线的影响进行了研究。

1。介绍

钢筋混凝土建筑的漏洞已被许多研究的重点在过去30年里(例如,1]),提供不同的方法观察损伤的基础上建筑在过去的地震地震作用下原型建筑的详细分析研究。实证脆弱性评估方法的优势,根据观察到的伤害数据对于一个给定的类型的建筑,是他们表达高水平的信心的损害可能是什么建筑类型在未来类似水平的地面运动。然而,有许多缺点使用观察损伤数据产生漏洞功能;这些缺点主要是有关编译中的错误损害调查的形式,调查的不完全性,困难在预测建筑物受到的地面运动(见,例如,2])。

脆弱性分析方法越来越受欢迎,但分配给这些方法的一个主要的批评与缺乏确认或验证预测的伤害。比较分析损伤与观察损伤数据预测这些批评是一种可以解决;然而,有大量的与这种比较困难。即使访问详细的曝光和破坏数据,主要比较困难的预测分析方法与实际破坏数据驻留在地面运动的预测的不确定性(见,例如,3,4])。没有录音的地面运动受损建筑物的位置,很难知道预言的错误是由于一个错误的估计的漏洞或地面运动。同时将继续进行研究,目的是验证或验证分析脆弱性评估方法,本文的作者决定集中精力检查两个力学方法的概念方面,他们提出了(DBELA和SP-BELA)。事实上,分析脆弱性评估方法的主要优势之一是,即使没有可能与现场数据检查方法,在不同的建筑类的行为模式可以物理解释。

验证的前提中定义的结构能力两个简化的脆弱性评估方法考虑这是一个钢筋混凝土结构的非线性反应可以得到结构的非线性静态分析。这需要变化的动态响应建设被忽略,但随后指出,不过这的可变性来源可能包括在方法执行大量的非线性动态分析。本文有限元非线性静态分析设计的重力载荷和seismically-designed 4层钢筋混凝土建筑将比横向强度和初始刚度预测的两种简化的漏洞的方法,DBELA SP-BELA。这种比较的目的是验证和比较结构能力的定义为个体结构在这两个方法。方面的脆弱性这两种方法的预测脆弱性曲线,描述超过破坏状态的概率水平的地震时地面运动的程度,也会比较和将讨论这两种方法之间的区别。

2。力学方法

在下面几节中,这两个漏洞的方法考虑此处简要描述。更详细的推导和实现方法给出克劳利et al。5基于地震损失评估(DBELA)方法和Borzi et al。6)简化pushover-based地震损失评估(SP-BELA)方法。

2.1。DBELA

基于地震损失评估(DBELA)提出的方法是基于一个步骤Calvi [7)利用的原则直接基于位移设计方法(例如,8])。在DBELA Calvi提出的方法(7),建筑物的振动周期从实证period-height关系定义。multidegree-of-freedom(参数)建筑是模仿作为一个单自由度系统和应用系统的位移能力与位移响应谱位移需求相比,在下面的进一步描述。

钢筋混凝土框架的弹性振动周期与建筑物高度通过关系,推导出振动周期的计算分析的现有欧洲钢筋混凝土建筑9,10]。对裸露的钢筋混凝土框架,下列方程推导出: 在哪里在产量和振动的周期吗H建筑的高度,在米。建筑设计使用设计规范基于现代抗震设计理念也简要地研究了克劳利(11),发现这些框架的振动周期低于1980年以前的建筑。屈服段振动的有限数量的帧数从4到12层设计与现代密码被发现由以下公式: 在DBELA,弹性假设完全塑性行为,因此,之间的关系相对应的弹性振动周期和周期极限状态是由以下关系,这也是见图1: 在哪里是考虑极限状态的延性。崩溃乘数如图1是建筑物的基底剪力容量除以其地震重量(静负荷100% + 30%的活载)。

建筑物的位移能力与不同破坏状态的识别通过限制州(见图1)。目前三种极限状态条件考虑:光损伤,严重破坏和倒塌。光损伤极限条件指的是地震后的情况可以使用建筑不需要修理和/或加强。如果一个建筑变形超出极限状态造成的重大危害,它没有加强地震后不能使用。此外,在这种程度的伤害也许不是经济上有利的修复。如果达到崩溃的限制条件,建筑变得不安全的人,因为它已经没有能力维持任何进一步的侧向力和重力加载它被设计。

极限状态条件相关需求强加于建筑内的塑料铰链旋转导致的形成机制。图2显示了一个钢筋混凝土框架的可能的反应机制:beam-sway机制是由塑料铰链形成在所有上面的横梁一楼,在所有的列的基础建设而column-sway机制形式当两端的塑料铰链形式列在一楼。基于流离失所的轮廓的形状、位移等效应用系统的能力可以计算使用弹性位移和post-elastic位移的应用系统,如下所述。在DBELA,没有详细信息的力量,倒塌破坏机理是一个假设是先天的。地震设计建筑,梁左右崩溃机制被认为是基础水平的激活机制(见图2(一个))。nonseismically设计的钢筋混凝土建筑,column-sway崩溃机制一般认为用软层第一层(见图2 (b))。方法的未来发展将考虑实现一种机制的可能性在任何层建筑物内。

方程用于计算位移能力DBELA详细描述克劳利et al。5]。屈服位移能力,收益率计算的和弦旋转的单自由度系统()乘以建筑的有效高度(所示),(4)。收益率beam-sway框架所示旋转(5),同时给出column-sway帧的(6),l_b梁的长度,h_b梁的深度,h_年代层的高度,h_c列的深度: post-yield位移能力计算使用(7)和(8梁和column-sway框架,分别H_k相当于部分建筑的高度高于全球崩溃故障的激活机制。极限状态和弦旋转()是由(9),和分别代表屈服曲率和极限状态是塑性铰长度: 屈服曲率和极限状态与压力成比例的材料和部分深度成反比(例如,12)而塑性铰长度部分深度成正比。因此,很明显,知识的几何和材料特性允许将钢筋混凝土建筑物的位移能力估计。

2.2。SP-BELA

简化pushover-based地震损失评估(SP-BELA)方法利用一个简单的容易方法评估建筑物的容量。推覆曲线计算建筑布局与给定的计划,如在图所示3;这是一个典型的南欧和意大利建筑计划(见,例如,13- - - - - -15])。原型结构为nonseismically定义设计建筑有面向帧只在一个方向上(x方向)和正交方向的框架效应是由一个有效的担保楼板的宽度。为地震设计框架,框架行动是确保在两个正交方向的建筑。模拟设计过程首先是用来设计每个原型建筑和分配梁和柱尺寸和强化细节。SP-BELA,占地震设计建筑,力的等效静态横向分布的方法已被采用在模拟设计过程通过假设一个横向荷载系数,c,对应于5%,7.5%,10%,和12.5%的地震重量(自重+活载的30%)。这些值横向荷载系数的选择考虑抗震设计实践的发展在意大利16,17]。在1930年代在意大利,横向荷载系数被定义为体重的10%最高的地震带和7%第二个地震带。第三个地震带是在1980年代引入横向荷载系数4%。考虑这些值为基础,重要性因素会增加这些值的可能性c对于某些结构,上述范围的横向荷载系数决定了当前的研究。在设计过程中,设计不是目前集成能力,抗震设计规范在地中海地区以来直到最近才开始考虑阻力的层次结构。

一旦原型建筑设计,简化推覆曲线产生考虑简单的力学原理,以定义崩溃乘数(代表了基底剪力容量除以地震重量)。这个乘数和屈服位移能力(),是用来计算收益率随后刚度和弹性振动周期(基于先前在图所示的弹塑性行为1: post-yield段振动计算以同样的方式作为DBELA前面描述的。极限状态定义和基于框架用于SP-BELA也是基于(4),(7)和(8);然而产量和终极和弦旋转从提案Panagiotakos & Fardis (2001) (18]。相对应的和弦旋转产生因此,由 在哪里列的屈服曲率,h部分的高度,d_b是纵向钢筋直径,f_y和f_cMPa是钢铁和混凝土的电阻,分别和l_V的剪跨列(等于弯矩和剪力)之间的比率。双弯曲分布通常被假定为列,因此l_V作为interstorey身高的一半。极限状态和弦旋转计算使用以下公式: 在哪里1.5主要结构元素和1对所有其他人来说,是最终的曲率,然后呢塑性铰长度。据《意大利法规OPCM N^°3274年(19),塑性铰长度可以计算 而最终的曲率是假定 在哪里和分别是最终的混凝土和钢菌株。

在SP-BELA定义不需要先验假设破产机制,因为这是通过检查确定在程序框架的元素将会失败首先考虑梁之间的相对强度和列;因此,机制可以发现地板上任何形式的建筑。的定义进一步讨论SP-BELA节失效机理3所示。2。

3所示。通过有限元素分析验证

3.1。指一些考虑和建模

原型结构呈现在图3已经被设计为四层钢筋混凝土设计规范(根据1992年的意大利20.),首先单独考虑重力加载,然后假设横向负载的5%,7.5%,10%,和12.5%的地震的重量。混凝土抗压强度特点已成为30 MPa,钢的屈服强度特征已经被440 MPa。的中心框架的主要特征x为每个设计方向提出了表1和2。

设计结构的非线性有限元模型建模使用程序SeismoStruct [21]。这个程序能够预测大位移下的行为和框架结构的极限载荷加载静态或动态,适时地占几何非线性和材料无弹力。它的准确性预测钢筋混凝土结构的地震反应是通过与实验结果的比较证明来自似动力测试进行大规模的模型(例如,22,23])。

一个静态的推覆分析每个建筑进行了x建设的方向,因为这是大楼的方向行动则是架保证nonseismically和地震设计建筑。推覆分析,混凝土的平均抗压强度被假定为37.35 MPa时的平均屈服强度钢已成为473 MPa。

3.2。失效机理

一分之一的比较,可以认为两种方法得到的失效机理。在SP-BELA,机制是通过考虑以下标准计算。

(我)如果有剪切破坏机理发现至少在一个专栏中,将中断容量曲线在这失败所产生的侧向力。这个选择是一致的脆性剪切破坏机制和没有显著关联的耗散能力。因此,不能进入非线性结构范围。(2)如果所有列在一定层不能弯曲,column-sway崩溃机制将被激活。(3)如果在所有梁塑性铰的发展后,塑料铰链形式在一定水平,所有列beam-sway崩溃机制将被激活。

的情况下,可能会有层机制是激活的,一些列比梁,反之亦然。因此,它不能明确确定梁或column-sway机制是否会被激活。分析进行验证SP-BELA过程表明,在这种情况下破产机制可以被假定为一个混合机制使用的平均位移能力列定义和beam-sway机制。

如果钢筋在建筑影响潜力指数可以估计DBELA为了定义机制,使用以下简化公式的基础上,建议由普利斯特里et al。24]: 在哪里和的抗弯强度的联合(在哪里l离开了,r是正确的),和弯曲上面列优势(a)和(b)关节,以下都是总结所有关节的一个给定的地板上。这个公式可以简化使用抗拉钢筋的面积在每个梁左和右的关节,抗拉钢筋的面积在每一列,上方和下方的关节,光束截面尺寸,h_b柱截面尺寸,h_c的关节f_y钢的屈服强度,所示(15)。如果影响力指数大于1,假设column-sway机制形成(见图2 (b)),低于0.85梁影响机制(见图2(一个))0.85和1之间将形成而保守的假设column-sway机制。很明显从这个公式,当钢筋是未知的,在DBELA崩溃机制需要选择先验假设地震和nonseismically设计建筑更容易梁和column-sway机制,分别。

计算影响潜在指数DBELA 5种不同设计的报道在表4层建筑3。这些计算表明,column-sway机制nonseismically设计建筑的三楼是所有地震预测而设计的建筑展示beam-sway或全球机制。SP-BELA还预测在大楼的三楼column-sway设计重力负载(例如,%)和全球其他建筑物的机制。

机制观察到策划有限元素分析的变形形状完全赞同DBELA和SP-BELA的预测,我们可以看到从post-yield interstorey漂移nonseismically设计和seismically-designed概要文件(%)设计用例图4。第三层影响机制显然是nonseismically设计框架在地震中建筑设计一个全球机制。

3.3。屈服位移能力,崩溃乘数和初始刚度

屈服位移能力的建设x方向一直在计算两种方法使用的部分属性,钢的屈服应变,适当的收益率旋转方程。崩溃的价值乘数是显式计算SP-BELA基于构件的强度。另一方面,在DBELA崩溃乘数一直使用位移的结果计算能力()和振动周期的产量(T_y)使用以下公式,它只是一个重排(10): 容易崩溃的情节乘数(等于底部剪切力除以地震重量)与位移的有效高度的建筑nonseismically设计和横向加载建筑策划在数字的5%5(一个)和5 (b),分别。这些数据显示,非线性易事情节从有限元素模型与简化的双线性容易块SP-BELA和DBELA。双线性推覆曲线根据附件中描述的方法B Eurocode 8 [25)也被添加到情节来缓解对比的结果和有限元分析的简化方法。与有限元素推覆分析被认为是可接受的对DBELA和SP-BELA乘数的崩溃。然而,很明显,SP-BELA低估和DBELA稍微高估了nonseismically设计建筑的刚度,这与column-sway响应机制。SP-BELA收益率获得刚度的计算基础抗剪能力和屈服位移。屈服位移是基于收益率的旋转(11)包括附加剪切和关节变形不占有限元素包中,因此解释SP-BELA低刚度的预测。SP-BELA和DBELA低估地震的刚度设计建筑(见图5 (b)),与beam-sway响应机制;这可能是由于额外的剪切和关节变形明确占在DBELA beam-sway旋转(见(5))和等效方程用于SP-BELA(见(11))。它指出,用于DBELA beam-sway旋转(见方程(5)已经专门校准占剪切和关节变形,而相关的增加column-sway假定旋转(见方程(6)尚未验证(见[26])。

图6(一)介绍了建筑设计横向荷载的对比地震重量的7.5%。SP-BELA被正确预测这个框架的乘数崩溃,同时DBELA大大低估了力量,虽然位移能力对这两种方法都是相似的。这种差异的原因是由于实施时间的振动,因此初始刚度DBELA使用。这个公式,提出了之前(1),推导出用回归分析nonseismically或弱地震振动周期的设计框架。常规部队设计下,考虑侧向加载框架或建筑物的设计无疑会增加建筑物的横向刚度通过需要使用更大的部分维度列。这可以被研究框架的截面尺寸表所示1。较低的振动应该因此被用于地震设计建筑。修改period-height关系(),发现给建筑设计好的结果7.5%的侧向力如图6 (b),而更低的振动需要建筑设计的横向部队地震重量的10%和12.5%,如图7(一)和7 (b),分别。SP-BELA在这些数字一直匹配崩溃乘数为所有地震设计建筑是显式计算的强度作为这种方法的一部分。

从本文提供的分析看来,SP-BELA方法定义单个建筑的单自由度结构特点,同时进一步校准用于DBELA period-height关系的方法论将南欧/意大利所需的建筑物,以匹配不同的抗震设计水平。

4所示。推覆分析城市人口

使用DBELA和SP-BELA城市脆弱性评估的要求根据不同的特征,许多建筑物被考虑。SP-BELA,这只是转化为输入参数的变化设计负荷和海湾等长度,然后用于模拟设计数百种不同的建筑,无论他们是设计为横向载荷和/或重力负载。为每个设计简化容易做的事情然后进行确定横向强度和位移能力建设基于随机定义材料的属性。DBELA需要输入参数基于几何属性和材料属性,而不需要加载的信息。的部分建筑设计不是DBELA,额外的统计每个结构属性的变化是必要的和假设在建筑的比例与每个需要先天的反应机制。为了研究不同的影响城市人口中生成两个方法,在下一节中进行比较的均值和方差的应用特点,,唯一的建筑物是基于之前的信息收集统计数据。

4.1。随机变量来描述建筑特征的不确定性

两个力学脆弱性评估方法治疗所使用的生成一个随机的建筑物模型的人口结构的变化特点,在城市环境中给定的建筑类。一次随机人口已经导出,在DBELA的周期振动和极限状态每个建筑直接计算的能力。SP-BELA,每个随机进行建筑的设计(重力负载或横向荷载设计),并简化推覆曲线生成得到的周期振动,然后计算极限状态位移的能力。进一步的细节在下面提供的每个方法中使用的随机变量。

SP-BELA
为了获得脆弱性曲线使用这种类型的分析过程,需要随机特征的结构参数和生产推覆曲线每组随机生成的建筑。在当前应用程序中,通过随机变量描述的建筑特征,定义如下。
(我)几何尺寸:长度l_x和l_y在x和y方向,分别和interstorey高度视为随机变量。典型的施工实践后,跨度被假定为一个随机变量与4和6米之间的均匀分布。interstorey高度是,另一方面,认为是确定性的和等于3 m。这个选择是由于interstorey高度一般不会有很大的波动,和这个值通常是最低允许从建筑标准。
(2)材料特性:钢铁,随机选择一个特征产生的价值380 MPa和440 MPa。一个随机选择的立方特性阻抗的25 MPa, 30 MPa,和35 MPa,另一方面,相关具体为每个建筑生成的数据集。特点优势(用于模拟设计)乘以参数获得耐药性的平均值(用于评估);这些参数平均值的1.1和1.5对钢铁和混凝土,分别为(28],变异系数为10%。在这两种情况下,一个正态分布假定这些参数;虽然这可能会导致负在极少数情况下,这只发生在大量的标准差。
(3)设计负荷:正态分布采用代表重力和风力载荷,前者以平均值3 kN / m²(2.5 kN / m²在屋顶上)和标准差为0.5 kN / m²,而后者的平均值为0.9 kN / m²(标准差0.2 kN / m²)。雪和垂直变量加载而被认为是确定性的方式,与1.6和2.0 kN / m的值²,分别。
钢筋的尺寸和结构元素,如梁、柱、楼板并不是作为随机变量,由于结构的细节元素定义在设计每一个随机生成的建筑使用所选的设计规定。蒙特卡洛代的正态分布的随机变量使用拉丁超立方体算法,已开展的技术,它允许一个更好的表示样品的低概率分布的区域(例如,[29日])。

DBELA
上述相同的随机变量的几何和材料特性已经使用,但对梁高附加的随机变量和列深度是必需的。正如之前提到的,在SP-BELA这些维度被分配在每个数据集随机建筑物的设计,同时与DBELA需要定义这些参数先验分布;这可以由建筑的样本的统计分析。变化的比较进行的,意大利建筑的梁高和列深度已从马里诺的研究30.]:
(我)意思是梁高= 0.34米,标准偏差= 0.07 m,对数正态分布,(2)意思是列深度= 0.37,标准差= 0.11,对数正态分布。

4.2。城市人口的建筑特征

钢筋混凝土建筑的城市人口已经派生DBELA和SP-BELA使用上面描述的随机变量。平均周期的振动x和y方向的原型建筑(见图3)为每个设计类型使用SP-BELA方法计算每层数量从2到8。意味着振动周期的变化与层数是呈现在图8为x方向,在图9为y振动方向随时间计算使用(1)(用于DBELA老1980年以前的建筑)。的周期振动的变异系数SP-BELA大约6%在所有情况下,同时在DBELA已经发现为15%。在DBELA变异系数越高的振动可能是由于广泛的框架与不同数量的海湾被认为是在回归分析中,当SP-BELA计算都是基于一个原型结构体系(见图3)。

的比较获得的振动周期的两种方法x方向之前,所获得的结论为单一的建筑部分3;从DBELA方程振动的周期相似的周期振动nonseismically设计建筑,但远高于地震设计建筑的振动周期。在y建设方向,SP-BELA nonseismically设计建筑高由于缺少梁在这个方向。另一方面,在这个方向上光束的引入(这发生在地震设计框架)导致更高的刚度和较低的振动。

就像前面提到的2,1980后的振动周期框架研究了作为DBELA发展的一部分,它被发现,由于更大的部分中使用这些框架,振动周期与高度公式低于发现1980年之前的帧。期预测(2),不同数量的层(假设一个层高3米)呈现在图10一起SP-BELA中的振动周期的地震设计建筑。地震设计框架之间的接近的比赛%的公式发现DBELA使用新建筑可以观察到在图10为了更高的地震载荷,而帧SP-BELA被认为更低的振动。因此,(2)可用于弱地震在意大利设计的建筑。然而,这个公式是基于有限数量的建筑,和进一步的分析是必要的计算方程的变化;由于这个原因,这个period-height公式将不考虑在随后本文给出的计算。

Verderame et al。27)派生period-height方程x和y方向nonseismically意大利设计的钢筋混凝土框架具有非常相似的布局,考虑,然而,随着楼梯的包容。interstorey高度为3米,钢的屈服强度是假定为360 MPa,和混凝土的平均抗压强度作为25 MPa。的平均周期振动和层发现使用提出的方程Verderame et al。27在这两个x和y方向呈现在图11随着时间的振动从SP-BELA和DBELA。

变化与高度在两个时期x和y方向密切匹配SP-BELA看到结果,同时DBELA接近纵向的公式(x)方向的建筑因为这个公式推导出考虑二维框架,和nonseismically建筑框架设计只包括在x方向。振动周期的变化所产生的随机建筑Verderame et al。27)被发现从SP-BELA比;这种可变性的增加很可能由于改变计划维度考虑Verderame et al。27),而在SP-BELA计算本海湾的数量在每个方向保持不变。

意味着屈服位移能力的随机生成的建筑已经使用DBELA和SP-BELA计算x和y建筑物的方向,提出了数字12和13,分别。位移能力被发现的变异系数为36% DBELA和SP-BELA仅为13%。DBELA的更大的变化是由于大量的随机变量用来描述建筑的几何。

DBELA计算,梁和column-sway位移能力分别显示而计算SP-BELA隐式地考虑建筑的比例,这些机制,因此很难比较两种方法的结果不考虑第一个机制。梁和column-sway机制获得的比例随机人口建筑SP-BELA计算呈现在图14。低层帧被认为主要column-sway(即。、强beam-weak列)的机制x和y方向。梁的高中档建筑有一个混合物上升——和column-sway机制,更高比例的beam-sway机制x建筑的方向。低矮建筑,beam-sway column-sway机制的比例增加x方向的横向设计力量,因为横向荷载增加意味着建筑设计有更大的列维度,因此不太可能失败在column-sway机制。这种行为不太明显y方向经常列放置的时间维度x方向的建筑(见表1)。另一方面,这种趋势是倒在高层建筑。如前所述在Borzi et al。6),这种效果是由于增加横向荷载系数”c,”梁抵抗导致紧急的需要增加梁(相对于嵌入式梁用于低层建筑的设计),这增加了发生在一个更高的比列的增加阻力。因此,高层建筑已经僵硬,强大的光束,因此column-sway机制更有可能发生。

4.3。对比SP-BELA DBELA

2-storey建筑类的考虑,100%与5%侧向力设计column-sway机制,和几乎100%的8层建筑类5%侧向力设计beam-sway机制x方向,一个列的能力用于DBELA——和beam-sway机制,分别进行比较与SP-BELA仅供这些类(见表4)。

这样以来比较有效的影响由于失效机理已被删除,因此一些人认为可以给这两种方法的差异相关的结构属性等振动的位移能力和周期。极限状态属性越高的振动位移能力和时间也被认为是第一次在这里。

表4表明2-storey建筑类,位移的值的振动更大容量和时间SP-BELA而崩溃乘数较低。位移能力的差异是由于不同的位移能力预测column-sway帧数的两种方法(见部分3所示。3),但这是通过列维度的差异进一步放大假定在DBELA SP-BELA分配在设计。DBELA,由于缺乏数据,列维度没有被假定为每个不同的层数,而不是一个大变异系数是适用的。在SP-BELA,每个随机建筑设计,因此列维度变化取决于数量的层和侧向力的比例。振动预测的收益期DBELA已经见到被低估了低层地震设计建筑(见图8)。正如所料,产量越高刚度和下屈服位移能力预测DBELA导致更高的强度。

8层楼,DBELA预测更高的屈服位移能力和产生振动,从而降低横向强度。极限状态位移能力SP-BELA屈服曲率,使用列所示(11这个建筑类),而DBELA方程使用梁屈服曲率。收益率曲线部分深度成反比(例如,12]),因此大列维度(用于这么高,地震设计建筑),该列将低于屈服曲率梁曲率;这就解释了在SP-BELA位移能力越低。很明显,进一步比较非线性有限元素模型的高层建筑是必要的研究是否beam-sway帧匹配的位移能力更好的用于DBELA或SP-BELA旋转能力。振动预测的高产期DBELA 8层的建筑遵循前一节中给出的结论(见图8)。

另一个区别是明显的从表4是更大的可变性DBELA结果SP-BELA相比结果。如前所述,这种变化是由于大量的变量来描述建筑物的几何形状(即。、梁和柱尺寸)和方差在DBELA分配给每一个变量。

在介绍中提到的,本文的重点不是在验证漏洞估计自己,但结构特征预测两种方法。到目前为止,它已经表明,两种分析方法之间的差异被认为是本是有限的在考虑个体建筑的结构特点是众所周知的。两种方法的应用到一个城市人口,然而,导致更大的差异造成的两种方法DBELA知识有限,需要使用输入数据基于统计研究。的变化如果统计两种方法可以减少建筑设计SP-BELA用于DBELA,然而这里的想法一直盲目地应用这两种方法,而不是使用一个方法来校准。本文的下一节两种方法之间的差异的影响对于一个城市人口,脆弱性曲线。这两种方法预测建筑的比例超过极限状态的峰值地面加速度的取值范围,与最脆弱的建筑物在SP-BELA正在考虑的方向。

5。对城市人口易损性曲线

图15礼物的过程被认为是这里的位移能力的比较随机生成建筑物的位移需求使用位移响应谱:随机变量用于描述并给出了频谱的变化部分5.2。DBELA的差异和SP-BELA关心随机的生成建筑和人口的计算推覆曲线突出显示在图15。指出这是一个初步的比较这两种方法基于脆弱性曲线在Borzi et al。6]。

5.1。位移谱形状

位移谱形状被固定在PGA的脆弱性是计算值。光谱的形状使用加速度谱定义提出了最近意大利法规(19),乘以在哪里T振动的周期,给位移谱衰减5%。这个位移谱不同于在EC8提出(25因为峰值的位移响应不能减少地面位移在很长一段时间,但2秒后保持不变。将光谱形状的选择了这两种方法的比较,但这将是同样可行的使用从地面运动位移谱预测方程对于一个给定的场景,或一个统一的风险谱概率地震危险性评估。

等效线性化是目前应用于结构模型在两种DBELA SP-BELA,因此,系统的能量可以消散是考虑通过使用过阻尼弹性反应谱(或者,如果喜欢,有可能雇佣constant-ductility光谱相反)。等效粘滞阻尼极限状态时损耗的能量量化我提出的实现,计算使用表达式Calvi [7),尽管大量的文献中出现的其他类似的表达式也可以使用(见,例如,31日): 在哪里阻尼比是描述弹性响应,通常假定为5%,然后呢一个和b两个系数变化在20到30之间和0.5,分别。在这个应用程序中,和。

谱换算系数,乘以5%阻尼位移谱,可以表示为一个函数定义的等效粘性阻尼,建议在EC8 [25),尽管它再次指出,其他几个备选方案在文献中确实存在(见,例如,31日):

5.2。随机变量来描述位移需求的不确定性

概率程序用于计算的脆弱性曲线,定义的不确定性的需求占假设如下。

(我)光谱的角落里时间是随机变量之间有一个常数分布(最大和最小值T_B0.15和0.20秒,之间的分布T_C之间的分布是0.4和0.8秒)。(2)的系数α(光谱放大系数)作为一个随机变量均值为2.5,标准差为1.1,对数分布。抽样与正态分布的随机变量来描述位移需求的不确定性用拉丁超立方体算法生成(29日),如前所述。

上界和下界均值位移谱形状由于光谱的特征周期的变化大胆的在图所示16,对于一个g和。假设频谱的形状改变这两个边界之间的统一。进一步的变化包含由于光谱放大系数的不确定性;+ 1标准偏差上限和下限光谱- 1标准偏差也显示在图16(细线)。

5.3。脆弱性曲线

脆弱性曲线产生2-storey和8层建筑设计横向加载使用DBELA和SP-BELA 5%,呈现在图17。

对于SP-BELA,x方向被发现的最脆弱的方向建筑对建筑类。DBELA脆弱性曲线提出了2-storey column-sway机制建设类和beam-sway机制为8层建筑类,因为这些被发现的主要机制SP-BELA这个方向(见图14)。因此,只有这两种方法的差异是由于不同时期和位移能力的预测,为研究这两个特定建筑类部分4.2。虽然,而不同时期的振动和位移能力预测的两种方法,可以看到在图17的脆弱性曲线非常相似。

第一个比较,可以从图(17日)比SP-BELA DBELA脆弱性曲线是平曲线。这是由于较大的变异性DBELA由于随机变量的增加;额外的几何属性作为随机变量的变异系数的周期振动更高,因为它是基于广泛的类型的框架。

已经在前一节中所描述的,更高的时间和更高的位移能力一直在预测SP-BELA为2层建筑类(见表4)。考虑到位移需求随时间2秒(如图16),更高的要求预计当振动更高的时期;然而这些更高的要求是抵消了位移能力就越高。因此,毫不奇怪,不同位移的预测能力和时间导致脆弱的类似预测。8层的建筑,更高的振动和位移与DBELA预测能力。因此,又较高的位移要求DBELA补偿位移能力越高;然而考虑到需求持续2秒后,该漏洞,可以清楚地看到图低17 (b)。

6。结论

两个分析脆弱性评估方法的机制(DBELA和SP-BELA)相比,在本文的振动周期/基底剪力和位移能力能力。这两种方法都可以匹配的非线性静态容易做的事情nonseismically和弱地震设计建筑进行有限的要素结构分析软件包。SP-BELA被认为能够捕获的非线性静态响应的建筑设计不同的横向荷载部队由于隐含考虑强度的方法。另一方面,DBELA方法被认为低估地震的强度设计建筑物由于使用一个初始刚度的回归分析nonseismically设计框架。建筑设计的横向部队过程往往有较大的柱和梁的尺寸,因此硬和强;似乎进一步校准DBELA方程初始刚度/段需要欧洲南部地震设计钢筋混凝土框架。

个人构建的初步研究表明SP-BELA定义精确度较高的建筑行为,尽管进一步的分析是必要的,以确定哪一种方法会导致进一步的屈服位移预测能力的建筑物不同高度和截面尺寸。然而,应该指出,使用SP-BELA需要考虑建筑物合法设计特定的代码规定后,虽然在许多国家,这种假设可能不是有效的。然而,当一个人有信心在使用基于代码的方法SP-BELA过程的另一个优点是,它含蓄地占现有建筑存量的比例将有梁,或column-sway机制(或两者的结合)。考虑SP-BELA方法精度越高,比较period-height方程而言,位移能力,和响应机制已经在城市规模与简化方法越多,DBELA。

上述的比较表明有一个变化的周期振动的两个方向原型建筑,和DBELA period-height方程匹配很好纵向(x)的方向nonseismically原型建筑设计,因为这是帧被放置的方向。如前所述,进一步校正方程匹配地震设计框架,以及横向(y)建设的方向,是必要的。位移能力方程的两种方法是基于类似的力学原理,但在不同的旋转能力的定义。位移能力的差异从而看到相当大是由于使用不同的方程和不同截面尺寸的计算产量和最终的曲率。此外,SP-BELA考虑位移能力的比例每个响应机制而DBELA方程分别考虑每个机制。尽管振动位移能力和时间方面的差异,为建筑类用一个占主导地位的反应机制,这两种方法被认为产生类似的脆弱性曲线。脆弱的相似性预测可以很容易地解释为位移之间的关系比较这两种方法和预测位移的需求的能力。

最后,它可以表示,这项工作的结果是一个最初的一步验证的充分性和准确性分析脆弱性评估方法讨论。本文强调如何通过比较验证后者的困难与实际观察到的数据可以被克服的损害比较结果与获得详细的非线性数值结构模型。非线性动态分析目前正在进行,进一步对比参数结构的动态响应和应用系统的静态响应预测的两种方法,和高次模的影响效果,循环退化的成员,可以显式地占等等。

确认

作者要感谢意大利的支持研究和高等教育部(MIUR-Ministero戴尔'Universita e德拉Ricerca)通过项目的融资促进跨学科研究平台(飞机)火山和地震。

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