一種rc框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，包括步驟：一、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的位移損傷指數(shù)表示為耗能損傷指數(shù)的一元函數(shù)；二、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的損傷指數(shù)；三、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的損傷指數(shù)；四、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的損傷指數(shù)按梁柱耗能比進行加權(quán)組合，得到RC框架結(jié)構(gòu)各層損傷指數(shù)；五、將RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)的表達式定義為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷評估模型。本發(fā)明實現(xiàn)方便，減小了計算工作量，不會產(chǎn)生較大的累積誤差。
【專利說明】
一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)損傷評估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模 型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震發(fā)生后若要判斷結(jié)構(gòu)是否能夠修復(fù)，就必須掌握結(jié)構(gòu)的地震損傷程度，這對 震后救災(zāi)和災(zāi)后評估尤其重要。在我國，由于建筑抗震設(shè)計新規(guī)范的實施，很多高層建筑都 將設(shè)置地震觀測系統(tǒng)或做抗震實驗，很容易獲得結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形數(shù)據(jù)，因此迫切 需要提供技術(shù)與方法來處理這些數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建地震損傷評估模型，進而評估結(jié)構(gòu)的損傷 程度，為結(jié)構(gòu)震害評估及修復(fù)加固提供技術(shù)支持。
[0003] 大量震害調(diào)查及實驗研究結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)地震破壞形式包括首超破壞和累積損傷 破壞兩類。首超破壞是指結(jié)構(gòu)在強烈地震脈沖作用下（如近場脈沖地面運動），結(jié)構(gòu)反應(yīng)第 一次超過某一限制（如位移、延性或強度)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞；累積損傷破壞是指結(jié)構(gòu)在 某些地震作用下的響應(yīng)僅在一個較小或中等量值上波動，并未達到首超限值，但由于地震 往復(fù)作用下結(jié)構(gòu)材料性能發(fā)生逐步退化(如強度、剛度和耗能等），使結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生累積損 傷而導(dǎo)致的破壞。因此，為了全面評估結(jié)構(gòu)的抗震性能，綜合考慮變形和能量兩種性能指 標(biāo)，提出了基于變形和能量的雙參數(shù)地震損傷模型。
[0004] 現(xiàn)有雙參數(shù)損傷模型主要有:Park-Ang模型、Kunnath模型、Bracci模型、Kumar模 型、劉加進Kumar改進模型、Chai模型、Bozorgnia模型、Kratz ig模型、牛荻濤模型、李軍旗模 型和呂大剛模型，雖形式簡單，但多是對經(jīng)典Park-Ang模型的位移損傷項或耗能損傷項進 行修正后得到的改進模型，若要對實際結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)各層的損傷情況進行評估，則存在以下 不足：（1)多是基于構(gòu)件的損傷指數(shù)對結(jié)構(gòu)或各層損傷情況進行評估，判定結(jié)果受構(gòu)件損傷 指數(shù)的組合方式影響較大；（2)損傷評估模型需計算每個構(gòu)件的損傷指數(shù)，計算工作量大， 對于構(gòu)件數(shù)量較多的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)，且易產(chǎn)生較大的累積誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種RC框架結(jié) 構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，大大減小了計算工作量，不會 產(chǎn)生較大的累積誤差，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模 型的構(gòu)建方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的位移損傷指數(shù)表示為耗能損傷指數(shù)的 一元函數(shù)，具體過程為：
[0008] 步驟101、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的位移損傷指數(shù)DMblll表示為耗能損傷指數(shù) DMb2,i的一元函數(shù)：
[0009]
[0010] 其中，ai為一元函數(shù)DMbi.izaiDMb^i+b^-次項系數(shù)，匕為常數(shù)，i的取值為1~η的 自然數(shù)，η為RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)；
[0011] 步驟102、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的位移損傷指數(shù)DMcl,, i表示為耗能損傷指數(shù) DMc^i的一元函數(shù)：
[0012] DMci, I = B2DMc2, i+b2 (2)
[0013] 其中，a2為一元函數(shù)DMci,i = a2DMC2,i+b2的一次項系數(shù)，b2為常數(shù)；
[0014]步驟二、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的損傷指數(shù)，具體過程為：
[0015]步驟201、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行 分配，將耗能損傷指數(shù)DMb2, i定義為：
[0016] ^
(3)
[0017]步驟202、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbi定義為：
[0018] DMbi = DMbijI+DMb2ji (4)
[0019]步驟203、將公式（1)代入公式(4)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMb^:
[0020] DMbi = (ai+1) DMb2 ,i+bi (5)
[0021] 步驟204、將公式(3)代入公式(5)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbl*:
[0022]
( 6 )
[0023]步驟三、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的損傷指數(shù)，具體過程為：
[0024]步驟301、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行 分配，將耗能損傷指數(shù)DM?！?i定義為：
[0025]
( 7 )
[0026]步驟302、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMci定義為：
[0027] DMci = DMcijI+DMc2ji (8)
[0028]步驟303、將公式(2)代入公式(8)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMclS:
[0029] DMci =(a2+l) DMc2 ,i+b2 (9)
[0030] 步驟304、將公式(7)代入公式(9)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMc1S:
[0031](10)
[0032]公式(3)和公式(7)
中，Am為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能 的無量綱量，Ah為RC框架結(jié)構(gòu)向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能的無量綱量，#為RC框架 結(jié)構(gòu)的累積塑性變形能分配系數(shù)
S1SRC框架結(jié)構(gòu)第i 層與各層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且& = (1>^￥)2(?，/?1):(￥七） ； P-i Sj為RC框架結(jié)構(gòu)第j層與該層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且 ;〇1為RC框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪力系數(shù)，且《1 =込,1 '文?# ;Qy,i q:-j r-l 為RC框架結(jié)構(gòu)第I層的屈服剪力，mr為RC框架結(jié)構(gòu)第r層的質(zhì)量，r的取值為I~n的自然數(shù);Ci1 為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈服剪力系數(shù)，且6=^/1>:#;(^1為扣框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪 S=I 力，HiARC框架結(jié)構(gòu)第S層的質(zhì)量，S的取值為i~η的自然數(shù)內(nèi)為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈服剪 η 力系數(shù)，且《/=各,;/[〃;4;(^為此框架結(jié)構(gòu)第]_層的屈服剪力，111(1為此框架結(jié)構(gòu)第(1層的質(zhì) q=j 量，q的取值為j~η的自然數(shù);g為重力加速度，M為RC框架結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，IuSRC框架結(jié)構(gòu)第 1層的剛度，ki為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的剛度，kj為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的剛度;#!為RC框架結(jié)構(gòu)第 1層向兩側(cè)振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且系=心ΚλΛ,ARC框架結(jié)構(gòu)第1層的累積塑 性位移，心!為此框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服位移，且S y>1 = Qy,為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向兩側(cè) 振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且咳,\1為此框架結(jié)構(gòu)第1層的累積塑性位移，3,, 1 為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈服位移，且Syil = QyilA1; %為RC框架結(jié)構(gòu)第j層向兩側(cè)振動的平均 累積塑性變形倍數(shù)，且5 =心V· Μ,ν/，為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的累積塑性位移，為RC框架 結(jié)構(gòu)第j層的屈服位移，且心產(chǎn)QyjkM1為采用Park-Ang模型計算得到的RC框架結(jié)構(gòu)中第 i層梁和第i層柱的耗能比；
[0033]步驟四、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的損傷指數(shù)按梁柱耗能比進行加權(quán)組 合，得到RC框架結(jié)構(gòu)各層損傷指數(shù)，具體過程為：
[0034]步驟401、定義RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMTi為：
[0035]
(11)
[0036]步驟402、將公式(6)和公式（10)代入公式（11)中，得到RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指 數(shù)DM 1
[003: ( 12 )
[0038]步驟五、將RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMtJ^表達式
定義為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷評估模型。
[0039]上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:步驟101中所述 ai和bi的確定方法為：
[0040] 步驟1011、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用Park-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu) 中各層梁的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)；
[0041] 步驟1012、以RC框架結(jié)構(gòu)中梁的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，以RC框架結(jié)構(gòu)中梁 的位移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的位移損傷 指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中；
[0042] 步驟1013、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬 合，獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作&1，獲得擬合直線的常數(shù)項并記作h。
[0043] 上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:所述N的取值為 2〇
[0044]上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:2個RC框架結(jié)構(gòu) 中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為3，第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和 第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均為4.6m，底層以上各層層高均為3.6m;第一個RC框架結(jié)構(gòu) 和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第 二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度均為500mm，長度為均500m;確定出的 &1為3.205,確定出的 bi 為1.119〇
[0045]上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:步驟102中所述 a2和b2的確定方法為：
[0046] 步驟1021、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用Park-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu) 中各層柱的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)；
[0047]步驟1022、以RC框架結(jié)構(gòu)中柱的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，以RC框架結(jié)構(gòu)中柱 的位移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的位移損傷 指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中；
[0048] 步驟1023、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬 合，獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作a2,獲得擬合直線的常數(shù)項并記作b 2。
[0049] 上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:所述N的取值為 2〇
[0050] 上述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:2個RC框架結(jié)構(gòu) 中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為3，第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和 第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均為4.6m，底層以上各層層高均為3.6m;第一個RC框架結(jié)構(gòu) 和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第 二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度均為500mm，長度為均500m;確定出的 &2為16.129,確定出 的 b2 為 0.210。
[0051 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0052] 1、本發(fā)明的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便。
[0053] 2、本發(fā)明針對RC框架結(jié)構(gòu)，結(jié)合采用Park-Ang模型損傷評估得到的構(gòu)件位移損傷 與耗能損傷的關(guān)系，提出了一種基于層的"半解析半數(shù)值"雙參數(shù)損傷模型的構(gòu)建方法，避 免了對各個構(gòu)件損傷指數(shù)的計算，大大減小了計算工作量，較好地解決了 RC框架結(jié)構(gòu)層間 損傷模式的判定問題。
[0054] 3、本發(fā)明所構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型的表達形式簡單，物理意義明確，避 免了以往損傷模型需要計算每個構(gòu)件損傷指數(shù)，即可直接對RC框架結(jié)構(gòu)各層的累積損傷情 況進行評估。
[0055] 4、本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型對于構(gòu)件數(shù)量較多的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)也 能夠快速計算出損傷指數(shù)，能夠方便地判定RC框架結(jié)構(gòu)各層損傷情況，不會產(chǎn)生較大的累 積誤差。
[0056] 5、本發(fā)明的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0057] 綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，大大減小了計算工作量，不會產(chǎn)生較 大的累積誤差，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0058]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0059]圖1為本發(fā)明的方法流程框圖。
[0060]圖2為基于本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型與Park-Ang模型算得的三層RC 框架結(jié)構(gòu)的各層損傷指數(shù)對比情況圖。
[0061]圖3為基于本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型與Park-Ang模型算得的五層RC 框架結(jié)構(gòu)的各層損傷指數(shù)對比情況圖。
[0062]圖4為基于本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型與Park-Ang模型算得的五層RC 框架結(jié)構(gòu)的各層損傷指數(shù)對比情況圖。
[0063]圖5為本發(fā)明所選地震波加速度時程曲線圖。
[0064]圖6為本發(fā)明RC框架結(jié)構(gòu)沿樓層的損傷指數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0065]如圖1所示，本發(fā)明的RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：
[0066] 步驟一、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的位移損傷指數(shù)表示為耗能損傷指數(shù)的 一元函數(shù)，具體過程為：
[0067] 步驟101、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的位移損傷指數(shù)DMbl,i表示為耗能損傷指數(shù) DMb2,i的一元函數(shù)：
[0068] DMbi，i = aiDMb2，i+bi (1)
[0069] 其中，ai為一元函數(shù)DMbi.izaiDMb^i+b^-次項系數(shù)，匕為常數(shù)，i的取值為1~η的 自然數(shù)，η為RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)；
[0070] 本實施例中，步驟101中所述ai和bi的確定方法為：
[0071] 步驟1011、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用Park-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu) 中各層梁的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)；
[0072]步驟1012、以RC框架結(jié)構(gòu)中梁的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，以RC框架結(jié)構(gòu)中梁 的位移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的位移損傷 指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中；
[0073] 步驟1013、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬 合，獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作&1，獲得擬合直線的常數(shù)項并記作h。
[0074] 本實施例中，所述N的取值為2。2個RC框架結(jié)構(gòu)中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為 3,第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均 為4.6m，底層以上各層層高均為3.6m;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的 寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度 均為500mm，長度為均500m;確定出的ai為3.205,確定出的bi為1.119。
[0075] 步驟102、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的位移損傷指數(shù)DMcl,, i表示為耗能損傷指數(shù) DMc^i的一元函數(shù)：
[0076] DMci, I = B2DMc2, i+b2 (2)
[0077] 其中，a2為一元函數(shù)DMci, i = a2DMC2, i+b2的一次項系數(shù)，b2為常數(shù)；
[0078]本實施例中，步驟102中所述a#Pb2的確定方法為：
[0079] 步驟1021、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用Park-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu) 中各層柱的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)；
[0080] 步驟1022、以RC框架結(jié)構(gòu)中柱的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，以RC框架結(jié)構(gòu)中柱 的位移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的位移損傷 指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中；
[0081] 步驟1023、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬 合，獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作a2,獲得擬合直線的常數(shù)項并記作b 2。
[0082] 本實施例中，所述N的取值為2。2個RC框架結(jié)構(gòu)中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為 3,第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均 為4.6m，底層以上各層層高均為3.6m;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的 寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度 均為500mm，長度為均500m;確定出的ai為3.205,確定出的bi為1.119。
[0083] 步驟二、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的損傷指數(shù)，具體過程為：
[0084]步驟201、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行 分配，將耗能損傷指數(shù)DMb2, i定義為：
[0085]( 3 )
[0086]步驟
樞澩铦構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbi定義為：
[0087] DMbi = DMbijI+DMb2ji (4)
[0088]步驟203、將公式(1)代入公式(4)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbl*:
[0089] DMbi = (ai+1) DMb2 ,i+bi (5)
[0090] 步驟204、將公式(3)代入公式(5)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMb1S:
[0091]
( 6 )
[0092] 步驟三、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的損傷指數(shù)，具體過程為：
[0093] 步驟301、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行 分配，將耗能損傷指數(shù)DMd, i定義為：
[0094]
( 7 )
[0095]步驟302、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMci定義為：
[0096] DMci = DMcijI+DMc2ji (8)
[0097]步驟303、將公式(2)代入公式(8)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMclS:
[0098] DMci=(a2+l)DMc2,i+b2 (9)
[0099] 步驟304、將公式(7)代入公式(9)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMclS:
[0100]
(10)
[0101]公式(3)和公式(7)中，Am為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能 的無量綱量，Ah為RC框架結(jié)構(gòu)向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能的無量綱量，^為RC框架 結(jié)構(gòu)的累積塑性變形能分配系數(shù)：
^s1SRC框架結(jié)構(gòu)第i 層與各層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且
Sj為RC框架結(jié)構(gòu)第j層與該層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且 七=(￡ V奶2 框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪力系數(shù)，且V q·- j r=l 為RC框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪力，mr為RC框架結(jié)構(gòu)第r層的質(zhì)量，r的取值為1~η的自然數(shù);Ci1 為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈服剪力系數(shù)，且《/ = ^/1>4沐,1為扣框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪 s=i： 力，mARC框架結(jié)構(gòu)第s層的質(zhì)量，s的取值為i~η的自然數(shù)內(nèi)為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈服剪 力系數(shù)，且偽RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈服剪力，mq為RC框架結(jié)構(gòu)第q層的質(zhì) 量，q的取值為j~η的自然數(shù);g為重力加速度，M為RC框架結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，IuSRC框架結(jié)構(gòu)第 1層的剛度，ki為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的剛度，kj為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的剛度;承為此框架結(jié)構(gòu)第 1層向兩側(cè)振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且兩=1.1/?,UVARC框架結(jié)構(gòu)第1層的累積塑 性位移，心!為此框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服位移，且S y>1 = Qy,為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向兩側(cè) 振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且R =4., j,., ,V1SRC框架結(jié)構(gòu)第i層的累積塑性位移，δγ>1 為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈服位移，且Sy>1 = Qy,為RC框架結(jié)構(gòu)第j層向兩側(cè)振動的平均 累積塑性變形倍數(shù)，且5 =冬,· ,V」為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的累積塑性位移，為RC框架 結(jié)構(gòu)第j層的屈服位移，且心產(chǎn)QyjkM1為采用Park-Ang模型計算得到的RC框架結(jié)構(gòu)中第 i層梁和第i層柱的耗能比；
[0102]步驟四、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的損傷指數(shù)按梁柱耗能比進行加權(quán)組 合，得到RC框架結(jié)構(gòu)各層損傷指數(shù)，具體過程為：
[0103]步驟401、定義RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMTi為：
[0104]
(11):
[0105]步驟402、將公式(6)和公式（10)代入公式（11)中，得到RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指 數(shù)DMTi為：
[0106] (12)
[0107] 步驟五、將RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMtJ^表達式 定義為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷評估模型。
[0108] 為了驗證本發(fā)明的技術(shù)效果，將采用按照本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型 計算出的損傷指數(shù)與采用Park-Ang模型計算出的損傷指數(shù)進行對比。考慮到損傷指數(shù)因選 用的組合方式不同而差異較大，故采用對最大值歸一化后的相對損傷指數(shù)來判斷結(jié)構(gòu)各層 的損傷模式，分析結(jié)構(gòu)損傷沿樓層的分布情況?；诒景l(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模 型與Park-Ang模型算得的三層RC框架結(jié)構(gòu)的各層損傷指數(shù)對比情況如圖2所示，基于本發(fā) 明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型與Park-Ang模型算得的五層RC框架結(jié)構(gòu)的各層損傷指 數(shù)對比情況如圖3所示。
[0109] 從圖2和圖3能夠看出，對于三層框架，地震波選取對層間損傷模式分布影響較小， 損傷指數(shù)呈"正三角型"分布;對于五層框架，地震波選取對層間損傷模式分布影響較大，但 損傷指數(shù)分布仍多呈"正三角型"；無論哪種工況下，采用Park-Ang模型和本發(fā)明所構(gòu)建的 RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型判定出的兩個框架結(jié)構(gòu)層間損傷模式的趨勢基本相同，可見，本 發(fā)明所提出的損傷模型可以較好地判定結(jié)構(gòu)沿樓層的損傷分布情況。
[0110] 另外，還采用本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型進行了實際十層RC框架結(jié)構(gòu) 的損傷指數(shù)計算。該RC框架結(jié)構(gòu)的平面布置如圖4所示，該RC框架結(jié)構(gòu)的層高為3.3m，混凝 土強度等級為C30,縱筋均為HRB335級，工程設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，抗震設(shè)防烈度為8度，地震 分組為第一組，場地類別為II類，基本風(fēng)壓取〇.35kPa，地面粗糙度類別為C類，抗震等級為 一級。結(jié)構(gòu)阻尼采用經(jīng)典Rayleigh阻尼，阻尼比為5%。各框架梁、柱截面尺寸、梁端及柱各 邊最大配筋面積見表1:
[0111] 表1框架梁柱尺寸及配筋面積表

[0114] 所選地震波加速度時程曲線如圖5所示，將所選地震波PGA調(diào)整為4. lg，對結(jié)構(gòu)進 行極限狀態(tài)下的耗能分析，判定結(jié)構(gòu)各層和各層梁、柱的耗能能力。最終算得結(jié)構(gòu)各層、各 層梁、各層柱耗能能力如表2所示：
[0115] 表2結(jié)構(gòu)各層和各層梁、柱耗能能力
[0117] 采用本發(fā)明構(gòu)建的RC框架結(jié)構(gòu)損傷評估模型，計算出RC框架結(jié)構(gòu)沿樓層的損傷指 數(shù)分別為：5層1.28,4層2.75,3層2.50,2層1.30，1層0.90，用圖形表示為圖6，由圖6可知，此 框架結(jié)構(gòu)各層損傷情況由重到輕依次為:4層>3層>2層>5層>1層。
[0118] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于，該方法包括w下步驟： 步驟一、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的位移損傷指數(shù)表示為耗能損傷指數(shù)的一元 函數(shù)，具體過程為： 步驟101、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的位移損傷指數(shù)DMbi,康示為耗能損傷指數(shù)DMb2,i的 一元函數(shù)： DMbi,i = aiDMb2,i+bi (1) 其中，a功一元函數(shù)DMbi,i = aiDMb2,i+bi的一次項系數(shù)，b功常數(shù)，i的取值為1~η的自然 數(shù)，η為RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)； 步驟102、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的位移損傷指數(shù)DMci, ,1表示為耗能損傷指數(shù)DMc2, ,1的 一元函數(shù)： DMci,i = a2DMc2,i+b2 (2) 其中，曰2為一元函數(shù)DMci, i = a2〇Mc2, i+b2的一次項系數(shù)，b2為常數(shù)； 步驟二、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分配， 確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的損傷指數(shù)，具體過程為： 步驟201、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，將耗能損傷指數(shù)DMb2,1定義為：(3) 步驟202、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbi定義為： DMbi = DMbi,i+DMb2,i (4) 步驟203、將公式(1)代入公式(4)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbi為： DMbi = (ai+1 )DMb2, i+bi (5) 步驟204、將公式(3)代入公式巧），得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層梁的損傷指數(shù)DMbi為：(6 ) 步驟Ξ、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分配， 確定出RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的損傷指數(shù)，具體過程為： 步驟301、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的累積塑性變形能分配系數(shù)按梁柱耗能比進行分 配，將耗能損傷指數(shù)DMa淀義為：(7) 步驟302、將RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMd定義為： DMci = DMci,i+DMc2,i (8) 步驟303、將公式(2)代入公式(8)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMu為： DMci=(a2+l)DMc2,i+b2 (9) 步驟304、將公式(7)代入公式(9)，得到RC框架結(jié)構(gòu)中第i層柱的損傷指數(shù)DMu為：(10) 公式(3)和公式(7)中，Ah,1為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能的無 量綱量，Ah為RC框架結(jié)構(gòu)向兩側(cè)振動產(chǎn)生的累積塑性變形能的無量綱量，^為RC框架結(jié)構(gòu) 進1>' 的累積塑性變形能分配系數(shù)，且，Si為RC框架結(jié)構(gòu)第i層與 各層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且S功 RC框架結(jié)構(gòu)第j層與該層質(zhì)量、屈服剪力和剛度有關(guān)的損傷綜合影響系數(shù)，且;曰1為RC框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪力系數(shù)JQy,i為RC框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服剪力，化為RC框架結(jié)構(gòu)第r層的質(zhì)量，r的取值為1~η的自然 數(shù);為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈服剪力系數(shù)，丑；Qy,i為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的屈 服剪力，化為RC框架結(jié)構(gòu)第S層的質(zhì)量，S的取值為i~η的自然數(shù);α功RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈 服剪力系數(shù)，且J為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈服剪力，mq為RC框架結(jié)構(gòu)第q層 的質(zhì)量，q的取值為j~η的自然數(shù);g為重力加速度，Μ為RC框架結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，ki為RC框架結(jié) 構(gòu)第1層的剛度，ki為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的剛度，kj為RC框架結(jié)構(gòu)第j層的剛度;巧為RC框架結(jié) 構(gòu)第1層向兩側(cè)振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且巧=《,.1/《，..1訴,1為亂框架結(jié)構(gòu)第1層的累 積塑性位移，δγ,ι為RC框架結(jié)構(gòu)第1層的屈服位移，且Sy,i = Qy,i/ki;南為RC框架結(jié)構(gòu)第i層向 兩側(cè)振動的平均累積塑性變形倍數(shù)，且喪=咬，,·/馬,,·，δρ,ι為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的累積塑性位 移,5y, i為RC框架結(jié)構(gòu)束i層的屈服位移，且δγ, i = Qy, i/ki;聽為RC框架結(jié)構(gòu)束j層向兩側(cè)振動 的平均累積塑性變形倍數(shù)，且專=聲，.//令.,，8。,^為亂框架結(jié)構(gòu)第^'層的累積塑性位移，5,,^為 RC框架結(jié)構(gòu)第j層的屈服位移，且Syj = Qyj/k"A功采用化rk-Ang模型計算得到的RC框架結(jié) 構(gòu)中第i層梁和第i層柱的耗能比； 步驟四、將RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁和各層柱的損傷指數(shù)按梁柱耗能比進行加權(quán)組合，得 到RC框架結(jié)構(gòu)各層損傷指數(shù)，具體過程為： 步驟401、定義RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMti為：(11 ) 步驟402、將公式(6)和公式（10)代入公式（11)中，得到RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù) DMt 功：(12:) 步驟五、將RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷指數(shù)DMti的表達苗 定義為RC框架結(jié)構(gòu)第i層的損傷評估模型。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:步 驟101中所述ai和bi的確定方法為： 步驟1011、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用化rk-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu)中各 層梁的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)； 步驟1012、WRC框架結(jié)構(gòu)中梁的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，WRC框架結(jié)構(gòu)中梁的位 移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層梁的位移損傷指數(shù) 和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中； 步驟1013、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬合， 獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作ai，獲得擬合直線的常數(shù)項并記作bi。3. 按照權(quán)利要求2所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:所 述N的取值為2。4. 按照權(quán)利要求3所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于：2 個RC框架結(jié)構(gòu)中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為3,第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個 RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均為4.6m，底層W上各層層高均為3.6m;第一 個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC 框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度均為500mm，長度為均500m;確定出的曰1為 3.205,確定出的bi為1.119。5. 按照權(quán)利要求1所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:步 驟102中所述曰2和b2的確定方法為： 步驟1021、隨機選取N個RC框架結(jié)構(gòu)，采用化rk-Ang模型計算得到N個RC框架結(jié)構(gòu)中各 層柱的位移損傷指數(shù)和累積耗能損傷指數(shù);其中，N的取值為1~20的自然數(shù)； 步驟1022、WRC框架結(jié)構(gòu)中柱的累積耗能損傷指數(shù)為橫坐標(biāo)，WRC框架結(jié)構(gòu)中柱的位 移損傷指數(shù)為縱坐標(biāo)，建立二維直角坐標(biāo)系，并將N個RC框架結(jié)構(gòu)中各層柱的位移損傷指數(shù) 和累積耗能損傷指數(shù)對應(yīng)的點繪制到所述二維直角坐標(biāo)系中； 步驟1023、采用最小二乘法對繪制在所述二維直角坐標(biāo)系中的多個點進行直線擬合， 獲得擬合直線的一次項系數(shù)并記作32,獲得擬合直線的常數(shù)項并記作b2。6. 按照權(quán)利要求5所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于:所 述N的取值為2。7. 按照權(quán)利要求6所述的一種RC框架結(jié)構(gòu)層損傷評估模型的構(gòu)建方法，其特征在于：2 個RC框架結(jié)構(gòu)中，第一個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為3,第二個RC框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為5;第一個 RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)的底層層高均為4.6m，底層W上各層層高均為3.6m;第一 個RC框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)梁的截面的寬度均為250mm，長度均為550mm;第一個RC 框架結(jié)構(gòu)和第二個RC框架結(jié)構(gòu)柱的截面的寬度均為500mm，長度為均500m;確定出的曰2為 16.129,確定出的b2為0.210。
【文檔編號】G06F19/00GK105844089SQ201610158718
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】屠冰冰
【申請人】西安科技大學(xué)