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結構抗震倒塌能力評估效率顯著提高，工力所團隊提出新方法

發布時間： 2024-02-08 點擊數量：20822

傳統結構抗震倒塌能力評估方法需要對結構建立復雜的有限元模型并進行大量非線性時程分析。因此，傳統方法計算量較大，評估效率較低，在工程實踐尤其在城市尺度群體結構評估中實用性不強，且不易被工程人員掌握。將復雜多自由度結構簡化等效為單自由度體系可以極大地提高抗倒塌能力評估效率，其中關鍵技術在于如何確定恢復力模型中骨架曲線及滯回參數。以往簡化方法一般僅考慮恢復力模型中骨架曲線控制參數，忽略了滯回參數的影響，然而現有研究表明，結構滯回特性（如剛度、強度退化以及捏縮效應等）對結構動力響應影響較大，不能忽視。因此，針對上述問題，中國地震局工程力學研究所公茂盛研究員團隊的研究生鄒曉霖、公茂盛研究員、左占宣副研究員等，提出了一種基于等效單自由度體系同時考慮骨架曲線及滯回特性的結構抗震倒塌能力高效評估方法。

提出了一種結構抗倒塌能力高效評估方法（圖1）。該方法主要包括以下四個步驟：首先對多自由度結構建立有限元模型進行靜力往復推覆分析并得到其等效單自由度體系；其次采用優化算法校準單自由度體系骨架曲線和滯回特征參數；然后對等效單自由度體系進行增量動力分析；最后得到結構倒塌易損性曲線并評估結構抗倒塌能力。分別對RC純框架結構、鋼框架結構和RC填充墻框架結構進行抗倒塌能力評估，并與傳統抗倒塌能力評估方法計算結果對比，驗證和表明了本文所提方法的有效性和高效性。

本文主要內容及結論包括以下三點：

（1）所提方法采用的ARO優化算法在識別單自由度模型參數上具有較高的精度，且對于不同類型結構的目標滯回曲線均可取得較好效果（圖2），理論上方法可以應用于不同類型結構。采用ARO優化算法識別414個框架柱試驗中骨架曲線和滯回參數，結果表明相較于現有其他優化算法，本文所提優化算法在實現結果同等精度前提下，優化計算效率可提升17.45%。

（2）采用所提評估方法對2層RC純框架結構（圖3）、3層鋼框架結構（圖4）和3層RC填充墻框架結構（圖5）進行抗倒塌能力評估，得到的倒塌易損性曲線與采用多自由度有限元模型的計算結果差異較小，表明本文方法用于倒塌能力評估具有較高的有效性和準確性。

（3）相較于傳統直接采用多自由度有限元模型抗倒塌能力評估方法，采用本文所提等效單自由度方法進行抗倒塌能力評估，所需計算時間僅為傳統方法的2%（圖6），大幅度提升了評估計算效率。另外，本文所提方法不僅適用于單體結構，也可以推廣至城市尺度的群體結構抗倒塌能力評估。

該成果發表在國際權威期刊《Engineering Structures》（Xiaolin Zou, Maosheng Gong*, Zhanxuan Zuo*, Qifang Liu, An efficient framework for structural seismic collapse capacity assessment based on an equivalent SDOF system, Engineering Structures, Volume 300, 2024, 117213, ISSN 0141-0296, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.117213.）（IF：5.5，*通訊作者）。

圖1 結構抗震倒塌能力高效評估方法流程

圖2 單自由度體系參數識別效果

圖3 RC純框架結構（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比

圖4 鋼框架結構（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比

圖5 RC填充墻框架結構（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比

圖6 提出的評估框架和傳統倒塌能力評估方法的計算時間對比

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