双向地震动下基于位移和能量的钢筋混凝土结构抗震设计研究

目前，性能抗震设计研究主要针对的是单向地震输入的结构二维反应分析，而地震作用具有多维性，结构反应也具有空间耦合特点，尤其进入非线性后，所以这种简化处理会产生一定偏差，当为偏心结构时会更为明显。以往的基于性能抗震设计大多是以最大位移的单一指标进行结构破坏评估，这种思路不能反映结构累积损伤破坏的影响。为此，本项目旨在提出基于位移和累积能量对双向地震下的混凝土结构进行抗震设计的理论：(1)推导双向地震下能量谱模型，研究各种能量形式间的关系及能量谱的衰减规律，建立双向地震下的能量设计谱；(2)研究双向地震下混凝土结构、构件与其等效体系的能量反应关系，建立混凝土结构及构件的地震耗能需求估算方法；(3)将自适应模式与多振型pushover思路相结合，建立考虑双向地震作用的自适应多振型pushover方法；(4)基于以上成果，提出钢混结构抗震设计方法；（5）通过试验研究验证所提出的理论。

目前，基于性能抗震设计的研究和应用主要针对单向地震作用下的结构二维分析。本项目考虑了双向地震作用下的多维结构，旨在建立基于位移和能量的结构多维性能化抗震设计方法。主要完成了以下研究工作：.(1) 考虑双向地震作用的弹塑性位移谱：1) 基于恢复力特征满足二维屈服面函数的单质点双自由度体系，建立了双向地震作用下的标准化位移反应谱理论；2) 基于单层刚度偏心体系，建立了双向地震作用下偏心体系的拟强度折减系数谱理论。.(2) 考虑双向地震作用的静力弹塑性分析方法：将双向地震作用看作双向地震动的叠加输入，1) 提出了考虑双向地震动叠加输入的强度折减系数谱理论；2) 同时，考虑传统模态Pushover分析不能合理反映结构在地震作用下的弹塑性发展过程，提出了考虑双向地震动叠加输入的两阶段模态Pushover分析的思路。.(3) 考虑双向地震作用的能量反应谱：为了建立统计平均的能量谱，定义单质点双自由度体系的各能量项除以地震峰值加速度的平方为标准化能量，提出了双向地震作用下的标准化的地震输入能量谱理论和标准化的滞回能量谱理论，并基于地震加速度记录对两种谱的影响参数及之间的关系进行了研究。.(4) 结构及楼层的滞回能量的简化计算方法：1) 推导出结构与其模态等效单自由度体系的能量反应平衡关系，运用“等效振型”替代弹性振型，建立了通过模态滞回能量反应估算结构总滞回能量的方法。2) 进一步，建立了通过标准化滞回能量谱求解结构总滞回耗能的方法。3) 为了通过结构总滞回能量求解楼层滞回能量，推导出结构地震滞回能量沿楼层的分布函数，建立了地震作用下结构各楼层的滞回能量简化计算方法。 .(5) 基于位移和能量的结构地震损伤性能评估方法：基于本项目之前提出的理论和方法估算结构的楼层最大位移反应和楼层滞回能量，然后代入双参数地震损伤模型以评估各楼层及结构整体的地震损伤。.(6) 理论与试验测试结果的比较：为了检验提出的静力弹塑性分析法的准确性，将数值分析结果与振动台试验结果进行了比较分析。由比较分析可知，数值分析结果与试验结果在趋势上比较一致，说明所提出的方法具有一定的准确性。