基于BIM的结构地震损伤性能评估方法.pdf

第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:邹 新()男广西资源人硕士研究生研究方向为结构设计(:.)通讯作者:彭修宁()男广西全州人博士教授研究方向为结构设计、大跨度钢结构(:.)基于 的结构地震损伤性能评估方法邹 新 彭修宁 邓敬旻(广西大学 土木建筑工程学院 广西 南宁)摘 要:结构损伤性能的评估与控制是当前结构抗震设计的热点之一定量评估结构的地震损伤和抗震性能是制定抗震防灾决策的重要依据 然而在目前的评估方法之中存在评估所需信息缺乏有效的组织与关联、评估过程前处理阶段自动化程度低下、评估指标单一、评估结果难以被业主等利益相关方理解等问题 结合损伤指数加权计算法和构件损伤状态的地震损失计算法提出一种基于 的结构地震损伤性能评估方法 通过对结构损伤性能评估所需信息分析定义构件损伤性能状态组并对评估信息进行统一组织与关联采用层间最大位移角、双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标评估结构的地震损伤性能之后将评估结果反向映射回 构件之中利用 技术可视化和虚拟化的特点建立了绝对模式和相对模式两种可视化模式便于评估结果被业主等利益相关方理解 最后对某一 剪力墙结构进行地震损伤性能评估验证了该方法的合理性和优越性关键词:地震损伤性能评估 自动化评估 可视化模式中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:土木工程与管理学报 年 我国最新版 建筑抗震设计规范采用了基于性能的抗震设计理念依据建筑功能及业主要求设定性能目标概括为“两阶段、三水准”设计 其中“三水准”为预设目标该目标的实现基于结构损伤状态的准确描述并通过加速度、位移等评估指标描述“两阶段、三水准”虽能够满足保障生命安全的目标但仍难以控制建筑震后经济损失 技术具有可视化、虚拟化等特点 在前处理阶段可将评估所需的构件几何、材质等信息集成于 模型中借助模型转换接口将 模型转换为有限元软件模型避免“二次建模”提高了评估效率在后处理阶段基于 技术的虚拟化特点将结构损伤结果的空间分布在构件层面上展示 若在结构损伤评估过程中引入 技术可提高结构损伤评估效率 等提出一种基于 和 的建筑损失预测方法并在构件级别、组件级别上实现了地震损失的精细化预测 许镇等结合 和 在构件级别实现建筑单体地震损失预测完成构件智能扣减和地震损失计算陈培智等提出基于 和本体的建筑抗震性能评估方法借助 和 语言整合评估所需信息实现了在现有评估类型的各项性能指标基础上的自动化预测但现有的基于 的地震损伤评估方法仍存在以下几个问题:部分构件信息的集成方式仍为手动识别各评估所需信息关联性较差当设计方案或关联规则改变时需要进行大量复杂的修改损伤计算仅与模型整体相关无法直观地显示构件的空间损伤分布并且其专业化、间接性的结果也难以让业主等利益相关方理解针对上述问题提出一种基于 的结构地震损伤性能评估方法:将包含评估所需信息的 模型转换为用于结构非线性时程分析的有限元模型定义损伤状态组并将 模型构件与损伤状态组建立映射关系实现地震损伤评估信息的相互关联双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标评估结构的地震损伤性能之后将评估结果反映射回 构件之中利用 技术可视化和虚拟化的特点将结构地震损伤性能状态直观地显示于 模型之中 该方法的实现无论是对高层建筑物前期建设规划阶段还是灾后的恢复、重建等阶段的决策都起着非常重要的作用基于 的结构地震损伤性能评估方法 将 技术与已有的损伤指数加权法和地震经济损失计算方法相结合采用层间最大位移角、双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标评估结构的地震损伤性能该方法主要分为四大部分内容:()集成结构损伤性能评估所需的构件信息 将构件基本信息集成于 模型中而后采用自行开发的转换接口将该 模型转换为有限元模型从而避免重复建模大大提高了评估的前处理效率()基于加权法的结构地震损伤指数计算针对不同构件类型选择合适的损伤计算模型建立相应类型的损伤状态组将 构件划分至对应状态组中便于后期评估结果反映射回 选择合适的层间损伤指数计算模型和整体损伤指数计算模型计算层间和整体的损伤指数()基于构件损伤计算地震直接经济损失依据结构损伤状态判断标准判断不同构件的损伤状态并按直接经济损失计算模型计算地震损失而后汇总得到结构的整体损失()利用 技术可视化、虚拟化的特点展示构件损伤空间分布 根据各构件损伤结果显示要求建立统一的损伤评估结果可视化标准将评估结果在 模型中展示使设计人员或业主可在虚拟三维状态下直观查看各构件和整体的损伤分布及地震损失 该方法基本框架如图 所示 实现步骤.结构损伤性能评估所需信息分析结构损伤性能评估所需信息如图 所示可分为几何信息、材质信息、荷载及边界条件以及评估结果信息四大类其中几何信息用于 模型转换以及后续划分构件损伤状态组材质信息、荷载及边界条件信息主要用于后续结构动力弹塑性分析计算评估结果信息用于评估结构的损伤性能等级以及后续反馈回 模型之中为了提取集成评估所需信息 首先基于 数据库建立外部模型数据库用以储存由 生成的几何、材质、荷载及边界条件及评估结果信息 对 模型中的每个构件定义唯一主键用于构件与其对应的材质信息和荷载及边界条 第 期邹 新等:基于 的结构地震损伤性能评估方法1.?BIM?BIM?BIM?(1)?、?、?BIM2.?DS1 DS2 DS3 DS4 DS5?、?、?、?00.28 0 79.1.21.2?0.10.10.10.1-?、?-?-?-?4.?3.?、?(1)(2)(2)(3)0.60.60.50.51.21.21.01.0DS3DS2DS1DS1?DS2?E L DSaE R DS(|)=(|)jjD=(1)-myuy-?-()dF?yuy-+D=(1)-mu()dF?yuy-+D=aW D+bW D+cW D+dW Diijij,cijij,bijij,wijij,lbnj=1nj=1nj=1nj=1D=W DW=iiijnj=1DDijj图 基于 的结构损伤性能评估方法框架?图 结构损伤评估所需信息件信息形成拓扑关系保证 模型信息与 几何模型精确匹配 为了建立各个数据库之间的联系以几何信息库中的构件 为唯一主键对构件几何信息库、材质信息库、荷载及边界信息库进行相互联系便于数据的关联查询和使用其次以 文件格式为基础利用 二次开发将 模型中的几何模型信息整理成 格式描述的数据文件利用构件 查找并判断 几何模型对应的材质、荷载及边界条件等信息是否匹配通过 二次开发提供读取相应 数据的可能根据 查找提供的材质、荷载、边界条件及 对应的空间坐标信息完成 有限元几何模型的装配最终实现集成评估所需信息的提取和转化等一系列过程.基于加权法的结构 损伤指数计算构件损伤指数计算分 个步骤如图 所示()选择合适的结构构件损伤计算模型建立构件损伤状态组建立 模型中构件与损伤状态组之间的映射关系()将 模型转换成精细化有限元分析模型进行非线性时程分析得到结构层间位移角和计算构件损伤指数所需的基本参数(内力、位移等)()计算构件损伤指数并按加权法计算结构层间和整体损伤指数()损伤结果反映射回 模型对应构件?BIM?(4)(3)(2)(2)(1)图 结构地震损伤指数计算流程文章以一剪力墙损伤指数计算模型为例.剪力墙构件层面损伤计算模型周知等提出弯曲破坏下的钢筋混凝土剪力墙 双参数损伤修正模型:()()()式中:为地震作用下的构件最大位移为单 土木工程与管理学报 年调荷载下的构件极限位移 为构件累积滞回耗能为构件屈服力为构件在单调加载下的屈服变形 为累积耗能组合系数甘金凤等通过收集剪力墙抗剪试验数据修正 双参数损伤模型得到剪切破坏下的钢筋混凝土剪力墙修正模型:()式中参数意义与式()相同.框架梁、柱和连梁构件层面损伤计算模型陈林之等依据已有的钢筋混凝土柱试验数据对修正的 双参数损伤模型的组合系数进行非线性回归分析解决了构件在破坏点处损伤指数不等于 的问题:()()()式中参数意义与式()相同.结构整体层面的损伤计算模型王峥基于构件的地震损伤程度提出对同一楼层中不同类型构件赋予不同重要性系数来考虑结构层间损伤指数的计算模型该层间损伤指数计算模型:()/式中:为第 层的损伤指数为第 层与第 个构件为同一类型构件的损伤值总和为第 层第 个构件的权重系数、分别为第 层第 个混凝土框架柱、框架梁、剪力墙和连梁的损伤指数 分别为不同类型构件的重要系数根据文献建议考虑到构件在地震作用下构件破坏的次序与构件破坏对结构性能的影响程度取.结构整体损伤指数由各楼层的层间损伤指数值与其损伤权重系数的乘积之和计算而得:()式中:为整体损伤值为第 层的权重系数计算时采用欧进萍等提出的既考虑结构薄弱层又考虑楼层位置的权重计算法:()()()式中:为结构的楼层总数 为当前楼层编号其余参数意义与式()相同.损伤模型适用性验证文章从不同学者发表的论文中收集了 个普通钢筋混凝土剪力墙试件根据试验损伤结果按式()()反推损伤模型组合系数通过建立该组合系数反推值与所收集的剪力墙试件混凝土强度、剪跨比、轴压比、截面形状和构件配筋率等参数之间的关系 进行多元非线性回归分析拟合得到修正的损伤模型组合系数 通过对比组合系数拟合值与原文献中给出的组合系数值验证文章拟合的组合系数表达式对构件损伤的预测效果说明 损伤模型的合理性和适用性.弯曲破坏状态组合系数修正假设构件完全破坏时的损伤指数 对文献给出的 双参数损伤式()进行推算得到组合系数 的反推公式:()()()根据试验结果按反推式()计算组合系数反推值并与所收集的各试件参数建立关系如图 所示由图 可知随剪跨比、轴压比 的增加组合系数 相应增加随约束边缘构件纵向配筋率、箍筋配筋率 的增加组合系数 相应减少这表明对于弯曲破坏的剪力墙构件随着剪跨比和轴压比的增加构件耗能能力将会降低边缘约束构件纵向配筋率和箍筋配箍率的增加构件的延性提高耗能能力增大(b)?(a)?(c)?(d)?0.0400.0350.0300.0250.0200.0150.070.060.050.040.030.020.0500.0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.0400.0350.0300.0250.0200.0150.004 0.008 0.012 0.016 0.0200.0150.0250.0350.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.81.52.02.53.03.54.0?LT?LT?LTn0sv?L?T?图 各参数与弯曲破坏状态下组合系数的关系 第 期邹 新等:基于 的结构地震损伤性能评估方法 根据各参数与组合系数之间的关系对各参数进行多元非线性回归分析拟合得到修正的损伤模型组合系数:(.).()式中:为发生弯曲破坏时构件截面形状影响系数当剪力墙构件截面形状为一字形时取.当形状为 形时取.为 形时取.为工字形时取.对比发生弯曲破坏的一字形、形、形和工字形的 剪力墙组合系数拟合值与文献给出的组合系数表达式计算值如表 所示表 弯曲破坏 剪力墙试件组合系数计算结果试件均值标准差变异系数本文文献本文文献本文文献一字形.形.形.工字形.由表 可知组合系数拟合值的均值远小于原文献组合系数的均值这是由于拟合值考虑了边缘约束构件纵向配筋率和截面影响系数的影响 对于一字形剪力墙而言组合系数的变异系数相差不大对于 形、形以及工字形剪力墙而言组合系数拟合值的变异系数远小于原文献组合系数的均值文章拟合出的表达式计算的组合系数值的离散性较小.剪切破坏状态组合系数修正与弯曲破坏状态下的组合系数修正方法一致建立组合系数反推值与所收集的各试件参数之间的关系如图 所示由图 可知随着轴压比、边缘约束构件纵向配筋率 的增加组合系数相应增加随着剪跨比、箍筋配筋率 的增加组合系数反而减少 这说明对于发生延性剪切破坏的剪力墙构件轴压比和边缘约束构件纵向配筋率的增加将降低构件的耗能能力剪跨比、箍筋配筋率的增加将提高构件的延性增大构件的耗能能力(a)?(b)?(c)?(d)?0.120.100.080.060.040.020.140.120.100.080.060.040.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0550.0500.0450.0400.0350.0300.080.070.060.050.040.030.020.010.51.01.52.02.53.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80.010.020.030.040.0500.0040.0080.012n0sv?LT?LT?L?T?L?T?图 各参数与剪切破坏状态下组合系数的关系 根据各参数与组合系数之间的关系对各参数进行多元非线性回归分析拟合得到修正的损伤模型组合系数:.()式中:为发生剪切破坏时构件截面形状影响系数当剪力墙构件截面形状为一字形时取.当为 形时取.为 形时取.为工字形时取.对比发生延性剪切破坏的一字形、形、形和工字形的 剪力墙组合系数拟合值与文献给出的组合系数表达式计算值如表 所示表 延性剪切破坏 剪力墙试件组合系数计算结果试件均值标准差变异系数本文文献本文文献本文文献一字形.形.形.工字形.由表 可知按照本文拟合的组合系数 的均值远小于文献的均值并且本文拟合的组合系数值变异系数在 之内其离散程度较小.框架梁、柱和连梁损伤模型框架梁和连梁作为钢筋混凝土剪力墙结构的第一道抗震防线框架柱作为重要竖向受力构件设计人员在结构设计时便通过合理配筋使它们发生弯曲破坏 文献给出的适用于发生弯曲破坏的 梁、柱构件 损伤修正模型在破坏点处的损伤指数均值接近 具有较小的离散性已能够较好地反映钢筋混凝土结构的损伤水平综上所述根据所收集的剪力墙试件混凝土强度、剪跨比、轴压比、截面形状和构件配筋率等参数与组合系数之间的关系对组合系数进行修正能够得到离散程度较小的组合系数拟合值以此保证 双参数损伤模型的适用性.基于构件损伤状态的地震损失计算地震损失计算方法的实现分为以下 个步 土木工程与管理学报 年骤如图 所示()获取 模型结构整体损伤状态判断结构是否倒塌()获取 模型构件损伤状态()计算构件经济损失进而得到构件整体经济损失()经济损伤结果反向映射回 模型构件?BIM?(1)(2)(3)(4)(3)图 地震经济损失计算流程曹源提出一种基于构件变形的地震损失计算和评估方法并给出不同破坏状态下的构件经济损失计算模型:()()()式中:()为构件在 破坏状态下的直接经济损失()为构件对应损失比为构件破坏状态 为构件新建费用(对于结构构件混凝土单价构件体积钢筋单价钢筋重量对于非结构构件构件新建单价构件数量)其中损失比将在案例分析中列出.损伤状态组划分.剪力墙结构损伤状态划分标准构件层面损伤划分标准 尚庆学等基于钢筋混凝土剪力墙和连梁构件在低周反复加载试验中的破坏现象将其损伤性能分为 个等级并给出了钢筋混凝土剪力墙、连梁构件在不同损伤性能等级下的损伤指数分布区间张雅杰从损伤发展的角度建立了发生弯曲破坏的梁、柱构件损伤性能状态划分标准并给出钢筋混凝土梁、柱构件在不同损伤性能等级下的损伤指数分布区间 上述文献给出的剪力墙、框架柱、框架梁及连梁四种混凝土构件的损伤指数如表 所示整体层面损伤划分标准 秦朝刚等根据主要抗侧构件和耗能构件的裂缝发展规律、破坏形态及地震响应将结构的地震破坏分为 个等级并提出最大层间位移角 和损伤指数两类性能量化指标如表 所示表 混凝土构件损伤性能与损伤指数分布区间构件类型损伤性能基本完好()轻微破坏()中等破坏()严重破坏()濒临倒塌()剪力墙.).).).连梁.).).).框架柱.).).).框架梁.).).).表 各损伤性能等级下对应损伤指数量化指标损伤等级完全正常使用正常使用立即使用生命安全难以修复接近倒塌/)/)/)/)/)/.).).).).).定义构件损伤状态组依据破坏状态划分构件损伤状态组处于同一状态组中的同一类型构件使用相同的损伤计算模型 根据层间和整体损伤计算模型对应计算楼层和结构整体损伤指数对照损伤状态划分标准确定构件和整体的损伤性能等级根据文献中剪力墙构件破坏状态划分标准将其划分为弯曲、剪切两种损伤状态组如表 所示 由于在目前已有的研究中对发生弯剪破坏的剪力墙仍无法清晰判断是以弯曲破坏为主还是以剪切破坏为主文章将发生弯剪破坏的剪力墙统一划分为弯曲破坏损伤状态组并采用弯曲破坏状态下的 双参数损伤模型计算损伤指数.损伤状态组关联损伤状态组的关联分为 模型构件向损伤状态组映射和损伤结果向 模型构件反向映射两大部分具体关联流程如图 所示当 模型构件向损伤状态组映射时:首先过滤 模型构件信息判断构件类型其次根据构件信息计算出构件的剪跨比、弯剪比、配筋率等参数依据表 中相应构件损伤状态划分标准判断其所属损伤状态组最后将 构件与损伤状态组信息匹配建立映射关系 第 期邹 新等:基于 的结构地震损伤性能评估方法表 剪力墙结构构件损伤状态组损伤状态组构件类型划分标准计算模型公式弯曲破坏损伤状态组一字形剪力墙 形剪力墙 形剪力墙工字形剪力墙框架梁连梁框架柱文献文献文献文献 ()()()()()()剪切破坏损伤状态组一字形剪力墙 形剪力墙 形力墙工字形剪力墙文献文献文献 ()?BIM?BIM?图 损伤状态组关联流程 当损伤结果反向映射回 模型时:首先读取有限元软件中的构件损伤指数计算所需参数信息再计算构件层间和结构整体的损伤指数根据构件和整体损伤指数计算结果判断构件和整体的损伤性能等级最后根据构件信息匹配的结果将构件损伤结果反向映射回 模型之中 案例分析.工程概况以某一建筑总高度为.的 剪力墙结构为例已知场地为 类场地地震分组第二组设防烈度 度丙类 使用自行开发的转换接口将 模型转换成 模型根据抗规相关规定使用两个自然波和一个人工波经加速度调幅后设置了如表 的 种工况并采用 进行非线性动力弹塑性分析得到了在 度小震(.)、中震(.)、大震(.)作用下结构的变形、耗能等损伤指数.基于层间位移角的结构损伤性能评估对模型进行动力弹塑性时程分析得到结构在小震(.)、中震(.)、大震(.)三种情况下结构层间位移角最大值(结构角部剪力墙最大层间位移与楼层高度的比值)如图 所示因篇幅限制仅列出 的计算结果表 地震波工况分类地震波工况()自然波.人工波.自然波.123402468?/10-30.07g0.2g0.4g123402468?(a)x?/10-3(a)y?0.07g0.2g0.4g图 下各楼层层间位移角最大值 由图 可知采用不同地震加速度 和不同方向进行加载时最大层间位移角出现在不同楼层 下最大层间位移角均在 向其中小、中、大震对应的最大层间位移角分别在 层值分别为/和/随着 的增大最大层间位移角逐渐增大且其出现位置有下移趋势 最大层间位移角始终出现在 向因为 向布置的构件整体刚度小于 向经过统计分析 和 同样呈现出与 类似的情况文章不再展开论述.基于 损伤指数的结构损伤性能评估.构件损伤性能分析()框架柱的损伤指数采用第.小节表 土木工程与管理学报 年对应发生弯曲破坏的框架柱 损伤模型计算所得各工况下框架柱损伤指数最大值如表 所示 框架柱的损伤性能状态等级的划分由.小节表 对应的损伤指数分布范围确定表 各工况下框架柱损伤指数最大值工况 向 向.由表 可知小震(.)作用下框架柱各个工况的损伤性能处于基本完好状态 中震(.)作用下框架柱的损伤达到轻微破坏大震(.)作用下框架柱的损伤达到中等破坏 整体来看由于 向布置的结构抗侧刚度大于 向 向计算所得框架柱损伤指数最大值均小于 向加载()框架梁的损伤指数采用第.小节表 对应发生弯曲破坏的框架梁 损伤模型公式计算得到各工况下的框架梁损伤指数最大值 限于篇幅大小只以 为例分析框架梁损伤指数最大值(下文剪力墙、连梁同理)如图 所示 其损伤性能状态等级的划分由.小节中表 对应的损伤指数分布范围确定48121602468?/10-248121602468?(a)x?(b)y?/10-20.07g0.2g0.4g0.07g0.2g0.4g图 下结构各楼层框架梁损伤指数最大值由图 可知采用 向加载时小震(.)作用下框架梁处于基本完好的状态中震(.)作用下部分楼层的框架梁处于基本完好但也有部分楼层达到了轻微破坏大震(.)作用时框架梁多数达到轻微破坏少数达到中等破坏 向加载时小震(.)下框架梁损伤性能状态为基本完好中、大震(./.)下框架梁损伤性能仅达到轻微破坏状态尚未达到中等破坏性能状态()剪力墙构件损伤指数采用第.小节表 对应发生弯曲破坏和剪切破坏的剪力墙 损伤模型公式其损伤性能等级由.小节中表 对应的损伤指数分布范围确定 计算所得 下剪力墙损伤指数最大值如图 所示0.10.20.30.402468?0.10.20.30.402468?(a)x?(b)y?0.07g0.2g0.4g0.07g0.2g0.4g图 工况下各楼层剪力墙损伤指数最大值由图 可知采用 对结构分别进行、向加载小震(.)作用下剪力墙在、向的损伤性能为基本完好中震(.)作用下多数楼层剪力墙在、向的损伤性能为基本完好少数楼层达到轻微破坏大震(.)作用下剪力墙在、向的损伤性能多数为轻微破坏少数达到中等破坏()连梁的损伤指数采用第.小节表 对应发生弯曲破坏的连梁 损伤模型公式计算其损伤性能等级由.小节中表 对应的损伤指数分布范围确定 计算所得 下连梁损伤指数最大值如图 所示0.20.40.60.81.002468?0.20.40.602468?(a)x?(b)y?0.07g0.2g0.4g0.07g0.2g0.4g图 工况下结构各楼层连梁损伤指数最大值由图 可知采用 对结构分别进行、向加载小震(.)作用下连梁在、向的损伤性能均为基本完好中震(.)向作用下绝大多数楼层连梁处于基本完好和轻微破坏状态极个别出现中等破坏中震(.)向作用下极个别仍处于基本完好和轻微破坏状态其他大多达到轻微破坏大震(.)向作用下多数楼层连梁的损伤性能在中等破坏范围内少数楼层发生严重破坏极个别楼层的连梁损伤性能达到濒临倒塌状态大震(.)向作用下大多数楼层的连梁的损伤性能状态处于中等破坏仅有极少数为轻微破坏.层间损伤性能分析以 为例各层间损伤指数如表 所示由表 可知在 加载时不论在大、中、小震(././.)作用下、向的层间损伤指数最大值均出现在不同的楼层且均分别出现在 层大中小震的损伤指数最大值出现楼层一致说明在、向两个方向加载下的结构构件 第 期邹 新等:基于 的结构地震损伤性能评估方法的破坏模式相近 然而在.小节中在大震、中震和小震作用下楼层最大层间位移角均出现在 向且分别在 层与损伤指数最大值对应的楼层不一致说明位移角最大的楼层不一定损伤最严重表明仅层间位移角不能准确地描述构件在地震作用下的真实损伤表 加载下各楼层层间损伤指数楼层 向 向.结构整体损伤性能分析欧进萍等既考虑结构薄弱层又考虑了楼层所在位置权重提出结构整体损伤指数计算模型计算得到结构在各个地震加载工况下的整体损伤指数 由.小节知仅靠层间位移角为单一量化指标并不能准确评估结构的损伤性能因此根据文献的建议基于层间位移角和 双参数损伤指数两类性能量化指标使用第.小结列出的式()()计算得到结构在大中小震作用下的结构整体损伤指数如表 所示表 度大、中、小震作用下结构整体损伤指数计算值 向 向.由表 可知在小震(.)作用下各工况的结构整体损伤指数均小于.此时最大层间位移角为/表明结构整体仍处于正常使用状态符合抗规“小震不坏”的设计要求 在中震(.)作用下各工况的结构整体损伤指数均小于.此时最大层间位移角为/表明结构整体处在正常使用和生命安全的状态并未到难以修复的情况仍然符合抗规“中震可修”的结构性能设计要求 在大震(.)作用下 各工况的结构整体损伤指数均小于.此时最大层间位移角为/表明结构整体处在生命安全和难以修复的状态 并未到接近倒塌的情况仍然符合抗规“大震不倒”的结构性能设计要求.基于地震损失的结构损伤性能评估.构件直接经济损失计算构件直接经济损失按第.节中式()计算 其中损失比参照文献如表 所示 构件综合单价如表 所示由此计算出结构各层构件的新建费用结果如图 所示表 各破坏状态不同类型构件的损失比破坏状态结构构件 梁、柱、连梁、剪力墙.非结构构件填充墙.门、窗.水电设施.电梯.表 不同类型构件综合单价构件类型混凝土工程/元混凝土泵送/元钢筋工程/元 框架梁.框架柱.剪力墙.连 梁.1F2F3F4F0123456?/?图 各标准层构件新建费用.结构整体损失分析各工况下构件经济损失如图 所示 由图可知小震(.)作用时构件在各工况下的损伤状态均处于基本完好状态直接经济损失为 中震(.)作用时 框架梁和连梁成为主要耗能(a)x?(b)y?/g?/?0.40.20.073.02.52.01.51.00.502.01.81.61.41.21.00.80.60.40?/g0.40.20.07?/?图 下构件地震经济损失 土木工程与管理学报 年构件分别处于轻微和中等破坏状态剪力墙仅部分处于轻微破坏状态 框架柱和连梁的损失占比之和明显大于剪力墙大震(.)作用时部分楼层的连梁已达到了严重破坏状态极少数楼层的连梁达到了濒临倒塌的损伤状态剪力墙逐渐参与耗能剪力墙的损失明显大于框架梁和连梁为了更直观地展示结构在地震作用下的经济损失情况采用整体损失比(构件总经济损失与整体重建费用之比)来衡量如表 所示 在小震(.)时各工况经济损失比均为 满足“小震不坏”的设防目标在中震(.)时 工况在 向加载时经济损失比最大但总体上各工况的结构经济损失比值在 左右依然可以实现抗规“中震可修”的设防目标在大震(.)时结构整体经济损失比最大值为.而在 中规定:当建筑的损失比不超过时建筑物仍可在修复后使用因此对于上述案例中的 剪力墙结构即使遭遇罕遇地震仍可以在修复后使用表 各工况下结构经济损失比工况 向 向.评估结构可视化分析.构件评估结果信息如图 剪力墙结构构件评估结果所示将构件所处的损伤状态组、损伤性能等级和直接经济损失再反馈回 之中在 软件之中清晰直观地展示构件的损伤和经济损失情况帮助工程设计人员或者业主了解结构的抗震性能和震后经济损失为后续的变更结构设计方案提供依据(a)?(b)?(c)?图 剪力墙结构构件评估结果.构件损伤空间分布结构动力弹塑性分析后构件的破坏状态在宏观层面可分为弯曲、弯剪、剪切 种破坏模式在构件层面可分为基本完好()、轻微破坏()、中等破坏()、严重破坏()和倒塌()五种损伤性能等级 为了对构件损伤结果进行统一的可视化分析文章规定了绝对模式和相对模式两种可视化模式在每一种模式中对构件的破坏形式用一种颜色进行标记如表 所示表 绝对模式下构件破坏形式对应颜色破坏状态颜色弯曲破坏?弯剪破坏?剪切破坏?绝对模式下结构在各工况加载情况下构件的损伤空间分布如图 所示(a)?(b)?(c)?图 绝对模式下结构构件损伤状态分布由图 可知极大多数剪力墙构件处于弯曲破坏损伤状态组少数剪力墙构件处于弯剪破坏损伤状态组仅有极少数几片剪力墙构件处于剪切破坏损伤状态组框架梁、框架柱构件全部处于弯曲破坏损伤状态组将上述 个构件层面的损伤状态用不同的颜色表示如表 所示表 相对模式下构件损伤状态对应颜色损伤状态颜色无损伤?基本完好()?轻微破坏()?中等破坏()?严重破坏()?倒塌()?将相对模式下结构在各工况加载情况下构件的损伤空间分布展示如图 所示(a)GK-1-0.07g(b)GK-1-0.2g(c)GK-1-0.4g图 相对模式下结构构件损伤状态分布 第 期邹 新等:基于 的结构地震损伤性能评估方法 结 论将 技术与损伤指数加权计算法、基于构件损伤状态的地震损失计算方法相结合提出了基于 的结构地震损伤性能评估方法采用层间最大位移角、双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标评估结构地震损伤 该方法的核心在于集成评估所需信息、损伤状态组划分、关联以及基于 的结构评估结果可视化三部分具体结论如下:()提出基于 的结构地震损伤性能评估方法通过将包含评估所需信息的 模型转换为用于非线性时程分析的有限元分析模型定义构件损伤状态组并将 模型构件与损伤状态组建立映射关系实现了地震损伤评估信息的相互关联之后将评估结果反向映射回 构件之中()利用 技术可视化和虚拟化的特点建立了绝对模式和相对模式两种可视化模式便于评估结果被业主等利益相关方理解()以某一剪力墙结构为算例采用层间最大位移角、双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标对结构在 度小震、中震和大震作用下的地震损伤性能进行评估 最后从算例的应用来看该方法可快速、准确预测各地震作用下的结构损伤性能实现了评估信息的有效组织与关联评估效率大幅提升并可给出较为详细的构件级损伤指数和地震损失结果信息参考文献 中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范:.北京:中国建筑工业出版社.:.:.:.许镇 郑铭 张华振 等.结合 和 的建筑地震损失精细化预测方法/第五届全国 学术会议论文集.北京:中国建筑工业出版社:.陈培智 史健勇 姜 柳.基于 和本体的建筑抗震性能评估方法研究.土木工程学报():.邹 新 林焯铭 杨旭杰 等.基于 的精细化有限元模型转换方法.土木工程与管理学报():.周知 钱江 黄维.修正的 剪力墙构件 损伤模型.力学季刊 ():.甘金凤 陈晓磊 张彧博 等.基于剪切破坏的剪力墙构件地震损伤.土木建筑与环境工程():.陈林之 蒋欢军 吕西林.修正的钢筋混凝土结构 损伤模型.同济大学学报(自然科学版)():.王 峥.钢框架混凝土核心筒结构易损性分析.结构工程师 ():.曹 源.基于构件变形的钢筋混凝土结构地震损失评估方法研究.华南地震 ():.尚庆学 刘瑞康 王 涛.基于修正 模型的 剪力墙损伤指数研究.地震工程与工程振动 ():.张雅杰.基于材料损伤的 梁柱构件精细化损伤模型的研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学.秦朝刚 白国良 吴涛 等.高层装配式剪力墙结构地震损伤性能评估.中南大学学报(自然科学版)():.陆怀坤.形和 形 剪力墙变形性能指标限值试验研究.广州:华南理工大学.劳晓春.矩形截面剪力墙构件的抗震性能及其性能指标限值研究.广州:华南理工大学.韦艳丽.工字形 剪力墙抗震性能及其性能指标试验研究.广州:华南理工大学.龚涣钧.梁、柱构件变形性能指标限值试验研究.广州:华南理工大学.欧进萍 牛荻涛 王光远.多层非线性抗震钢结构的模糊动力可靠性分析与设计.地震工程与工程振动():.:.:.