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研究亮點
基于FEMA P-58方法的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震及減隔震性能評估
發(fā)布時間： 2022-05-13 點擊數(shù)量：6241研究背景：
基于性能的地震工程PBEE (performance-based earthquake engineering)的思想自提出后，全世界地震多發(fā)國家（如美國、日本、中國、新西蘭、意大利、土耳其、伊朗等）都對其開展了研究和實踐。早期PBEE方法在新近地震中暴露出不足的核心問題是在性能評估和設(shè)計過程中沒有恰當?shù)乜紤]和處理地震作用及復(fù)雜結(jié)構(gòu)非線性行為中的不確定性。為了量化不確定性以及采用更加明確的性能指標，美國太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的新一代基于性能地震工程的全概率方法，并在2012年頒布了FEMA P58規(guī)范，給出了理論和實施方法。減隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)常被用于我國高烈度區(qū)防災(zāi)關(guān)鍵建筑。為此，專門針對減隔震結(jié)構(gòu)進行精細化的非線性地震反應(yīng)模擬，并與抗震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)性能進行比較，采用FEMA P-58方法更加全面的評估隔震建筑與消能減震建筑在提高地震反應(yīng)性能與損失的不同特性十分重要。
研究方法及結(jié)果：
依據(jù)FEMA P-58抗震性能評估理論，選擇基于強度的評估方法，對比了普通框架結(jié)構(gòu)、BRB-框架結(jié)構(gòu)、隔震框架結(jié)構(gòu)在四個地震動強度下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況及地震性能評估與損失進行了對比評估。
1） FEMA P-58抗震性能評估方法（圖1）選取了使非工程人員也易于理解的性能指標；采用了全概率的思想，考慮了地震損失評估中的不確定性因素；利用蒙特卡羅方法，提高了分析的精確度，降低了分析中的不確定性；采用性能組為單位進行性能評估，使性能評估具體到建筑物中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
2）結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析結(jié)果（圖2）顯示，與普通框架結(jié)構(gòu)相比，BRB-框架結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)在各個強度等級的地震下層間位移角均降低了40%-60%；隔震結(jié)構(gòu)的頂層樓層加速度降低了45%，而BRB-框架結(jié)構(gòu)頂層的樓層加速度增大25%。
3）地震損失評估結(jié)果顯示（圖3、4），采用隔震框架結(jié)構(gòu)與BRB-框架結(jié)構(gòu)可以有效降低建筑物在地震作用下的維修成本與維修時間。與普通框架相比，在罕遇地震作用下隔震結(jié)構(gòu)的維修成本與維修時間可降低65%與58%，BRB-支撐框架結(jié)構(gòu)可降低47%與34%。
該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part A: Civil Engineering》（Ke Du, Wen Bai, *Jiulin Bai, Deng Yan, Maosheng Gong, Jingjiang Sun. Comparative Seismic Performance Assessment of Reinforced Concrete Frame Structures with and without Structural Enhancements Using the FEMA P-58 Methodology. 2021, 7(4): 04021047. https://doi.org/10.1061/AJRUA6.0001173）（IF：1.926，*通訊作者）。
圖1 基于FEMA P-58理論進行抗震性能評估的基本流程圖
圖2 結(jié)構(gòu)最大層間位移角和峰值樓層加速度分析結(jié)果
圖3 四個地震強度下三種結(jié)構(gòu)的維修成本結(jié)果對比
