基于地震波非平稳能量特征的RC框架结构损伤量化研究

为了避免地震灾害的巨大经济损失，美国、日本以及我国都将基于性态的抗震设计理论作为完善本国抗震设计规范的重要课题，如何量化结构在地震作用下的损伤是有待解决的关键问题之一。已有的RC结构地震损伤量化模型存在以下不足：（1）不能清晰反映地震持时的影响；（2）构件损伤与结构损伤之间的关系不明确。.本项目通过研究地震能量的时频分布特征，将地震持时理解为地震能量沿时间轴的衰减过程，并通过对地震能量的传递、转化以及耗散过程的追踪，建立能量量值与框架结构位移峰值以及位移限值之间的定量关系。在清晰阐述地震持时与结构损伤相互关系的基础上，提出了能够体现构件损伤与结构损伤之间联系的RC框架结构地震损伤量化模型，以期指导该类型结构基于性态的抗震设计，并为复杂高层结构基于性态的抗震设计研究提供理论基础。

基于国家自然科学基金的资助，项目以地震波能量输入历程特征为依据，着重在以下几个方面完成了研究工作：.1．项目从地震能量分析入手，阐述了应用小波工具计算地震波能量的方法，并提出了平均能量密度的概念。得到了地震频带平均能量密度，有效持时等参数与场地土、震中距及分布时间的统计关系。.2．以瞬时输入能量在时间轴上的分布特征（瞬时输入能量时变特征）来描述地震能量输入历程的特点，提出了一种能够模拟瞬时输入能量时变特征的数学模型。建立了瞬时输入能量时变特征与结构总输入能、最大瞬时输入能及瞬时输入能反应持时三个参数的关系。通过数学推导得到了线性单自由度结构体系基于能量参数的结构位移历程求解方法。.3．以弹塑性结构体系为对象，讨论了单自由度结构延性系数及多自由度结构塑性发展程度对总输入能、最大瞬时输入能以及能量增长持时三个地震能量输入历程特征参数的影响。提出了根据结构弹性总输入能量谱、最大瞬时输入能量谱及弹性能量增长持时谱求得具有不同延性系数弹塑性结构三参数谱的方法。.4．根据以往结构损伤模型的优缺点，提出了一种既能够描述结构地震损伤位移首超破坏又能够描述结构累积损伤破坏的损伤模型。并采用统计学方法讨论了总输入能、最大瞬时输入能、能量增长持时、延性系数、名义强振次数以及最大瞬时输入能比6个参数与结构位移损伤、退化损伤、总损伤以及位移损伤比之间的相互关系。.5．基于提出的损伤模型并利用拟力法为工具，结构能量指标为桥梁提出了一种确定结构的局部损伤及整体损伤的估计方法。.6．以结构输入能历程特征的数学描述模式为基础，通过建立结构变形能耗散历程的简化描述模型，并基于该简化模型获得结构往复推覆分析方法。.7．完成了24根试件的滞回试验，研究了配箍率对塑性铰滞回耗能能力的影响，获得了塑性铰在任意加载路径下滞回耗能能力的预估方法。