基于增量动力分析的高层及超高层结构抗震性能评估方法研究

Incremental Dynamic Analysis (IDA) method extends sigle time history analysis to incremental time thisory analysis by increasing seismic intensity measure. Analysis results are used to pproduce IDA curves to perform seismic performance evaluation based on probability. This method is considered to be the most promising analyzing method to realize Performance Based Earthquake Engineering. This project aims to complete the application of incremental dynamic analysis to seismic performance evaluation of tall and super-tall building. Intensity measure considering the higher-mode effect and structural nonlinearity is proposed and compared with traditional ones. The most efficient measure is selected for different structure type. The effect of ground motion input on the IDA result is systimatically analyzed. Intensity measure and engineering demand parameter in conbining form are proposed to consider the contribution of ground motion component in multi-direction to seismic intensity and the response in non-principal axis to the structural response.Performance levels are difined on the IDA curve to achieve the probability based seismic performance evaluation.In the end, shaking table test is used to verify the validity of IDA.

增量动力分析（incremental dynamic analysis，IDA）法通过逐步调整地震动强度将单一时程分析扩展成为增量时程分析，提取多次分析结果形成IDA曲线对结构进行基于概率的抗震性能评估，是实现基于性能的地震工程最有发展前景的分析手段。本课题以完善增量动力分析法在高层及超高层结构抗震性能评估中的应用为目标，在现有分析参数基础上考虑引入高阶振型以及结构非线性的影响，通过计算分析选择适用于不同结构高度和类型的最有效地震动强度参数；系统分析地震动输入维数对IDA分析结果的影响，并讨论在地震动多向输入的情况下，采用组合形式的地震动强度参数和工程需求参数，以考虑多个方向地震动分量对地震动强度的贡献以及结构非主轴方向上的反应；通过在IDA曲线上定义不同性能水准探讨对IDA分析结果的利用，实现基于概率的抗震性能评估；通过模拟地震振动台试验验证采用增量动力分析法进行抗震性能评估的有效性。

增量动力分析（incremental dynamic analysis，IDA）法通过逐步调整地震动强度将单一时程分析扩展成为增量时程分析，提取多次分析结果形成IDA曲线簇对结构进行基于概率的抗震性能评估，是目前实现基于性能的地震工程最具发展前景的分析手段。.本项目针对高层结构IDA分析时，IM参数对评估结果存在影响这一问题，通过两个超高层型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构分别在15条地震波作用下的单向输入IDA分析，提出高层结构IDA分析时可以考虑高阶振型影响的IM参数。分析表明，考虑高阶振型的IM参数可显著降低IDA曲线簇的离散性；.通过多向输入IDA分析，对比地震动输入维数对高层结构单记录IDA曲线、多记录IDA曲线簇、基底剪力-顶点位移曲线、易损性分析等结果的影响，讨论地震动多向输入情况下，采用组合形式的地震动强度参数和工程需求参数考虑多个方向地震动分量对地震动强度的贡献以及结构非主轴方向上的反应；.对1/5缩尺12层剪力墙模型结构进行三条地震波、15级地震作用下基于IDA的模拟地震振动台试验，得到试验IM-EDP曲线。通过在曲线上定义性能点评估结构抗震性能；通过求取具有统计意义的试验IM-EDP曲线，实现基于概率的抗震性能评估，即给出任意水平地震作用下，结构响应超越某一限值的概率。与传统振动台试验相比，基于IDA的振动台试验进行结构抗震评估结果更加详细，对不同风险地震作用下结构的性能预测更加全面。.建立12层剪力墙结构ABAQUS数值模型，根据材性试验结果确定材料本构；进行同条件下原型结构的弹塑性时程分析，对比数值模拟和振动台试验结果，验证数值模型的参数设置；将试验时所有工况实际输入加速度时程相连接，进行连续IDA计算，讨论振动台试验时结构模型经历多级加载所产生损伤累积的影响；进行三条地震波作用下的常规IDA计算，对比振动台试验、连续计算、常规IDA计算所得结论对结构基于概率抗震性能评估的一致性。研究表明，在某一指定地震动强度条件下，IDA分析所得工程需求参数超越某一限值的概率比振动台试验所得同条件下的概率小。