1 工程概况
本研究依托位于广州市白云区的广州地铁 12 号 线槎头车辆段上盖物业开发项目 ,项目整体效果如图 2 所示 。选取图 2 所示的单塔为例( 首二层外延一跨) 进行分析 ,结构为全框支剪力墙结构 。结构首二层层 高分别为 8. 5 ,6. 0 m ,转换层位于二层盖板顶 。盖上 塔楼首 层 ( 结 构 第 三 层) 层 高 6. 5 m , 标 准 层 层 高 2. 9 m ,盖上塔楼共 19 层( 总共 21 层) , 结构总高度 73. 2 m 。结构底部四层为底部加强区 ,最终模型如图 1 所示 。结构主要构件信息见表 1 ,结构主要设计信息 见表2。
2 IDA 分析
- 1 模型验证
基于 Midas Gen 软件 ,利用梁单元、墙单元对所选 取的地铁车辆基地上盖开发全框支剪力墙单塔结构建 立有限元模型 , 如图 1 所示 。对其进行 IDA 分析之 前 ,需对 Midas Gen 模型进行验证 ,本文分别选用常用设计软件 PKPM 及 YJK 建立模型 ,并对 3 种模型模态 计算结果及设防地震下结构层间位移角分布情况进行 对比 ,模态计算结果对比见表 3 ,多遇地震作用下结构 层间位移角分布情况对比见图 3 。 由表 3 及图 3 可 知 ,Midas Gen 模型计算结果与 PKPM 及 YJK 模型计 算结果吻合良好 ,可用于后续 IDA 分析。
- 2 地震波选取及调幅
地震波选取直接决定结构动力弹塑性分析结果的 精确性 。太 平 洋 地 震 工 程 研 究 中 心 地 震 动 数 据 库 ( PEER GMD) [13] 因其丰富的地震记录而广泛被国内外地震工程研究学者认可 。考虑到地震的随机性与离 散性[14] ,本研究自 PEER GMD 中选取 21 条强震记录 对全框支剪力墙高层结构进行分析 ,从而削弱地震随 机性、离散性对计算结果的影响 ,确保分析结果的精确 性 。表 4 为所选地震波的主要信息 ,震级范围为 5. 2 ~ 7. 4 级 ,震中距为 7. 38 ~ 222. 42 km 。所选各地震波加 速度反应谱及标准谱示于图 4 中 , 由图 4 可知 ,所选加 速度反应谱中位线与标准谱吻合较好 ,可用于 IDA 分 析中。最大层间位移角不仅可以表征结构的变形性能 , 还作为结构损伤程度的依据[14] ,故本文对全框支剪力 墙高层结构进行 IDA 分析时 ,选取可表征地震动强度 的地震动峰值加速度 PGA( Peak Ground Acceleration) 作为地震动指标( Intensity Measure ,简称“ IM”) , 以最 大层间位移角( θmax ) 作为损伤指标( Damage Measure简称“DM”) 。根据选取的地震波反应谱均值 ,对各地震波进行调幅使得地震峰值加速度以步长为 0. 01g 自0.035g 逐渐增加 ,以结构 X 方向为主方向输入调幅后的地震波进行 IDA 分析 ,模型主方向与次方向 PGA 比值选用 1 ∶ 0. 85 。当计算所得 IM – DM 曲线( IDA 曲
线) 中 曲 线 斜 率 小 于 1/5 初 始 斜 率 或 DM 值 超 过0.02 时 ,终止继续调幅计算。
- 3 IDA 分析结果
针对选取的每条地震波 ,对模型输入不同的峰值地震动加速度 PGAi 进行弹塑性分析可以得到相应的结构最大层间位移角 θmaxi , 以 θmaxi 为 X 轴 ,PGAi 为 Y轴 ,连取散点( θmaxi ,PGAi ) 即可得到每条地震波对应的IDA 曲线 。本文选取的 21 条地震波记录对应的 IDA曲线簇见图 5。由图 5 可知 ,每条 IDA 曲线增长趋势一致 ,IDA 曲线斜率随着 PGA 增强首先屈服 ,随着 PGA 继续增加斜率减小越来越快 ,表明随着 PGA 增大由于结构构件逐渐屈服而刚度退化 ,受力状态由弹性转变为弹塑性 ,随着 PGA 继续增大 ,结构构件损伤愈发严重 ,最终接近倒塌 。同时 ,各 IDA 曲线存在明显的离散性 ,反映了地震荷载作用下结构响应的随机性 ,也印证了 IDA 分析需选取足量地震波以减小地震离散性、随机性对结果影响的必要性。
3 地震易损性分析
- 1 性能水准划分及指标限值量化
在某烈度地震荷载作用下结构预期出现的最大损坏状态即为结构性能水准 ,因此结构性能水准可根据不同损坏状态划分多个等级。针对地铁车辆基地上盖开发全框支剪力墙结构 , 目前尚无行业规范、标准及文献对其性能水准给出具体规定。将全框支剪力墙高层结构性能水准划分为 5 个等级 ,各等级损坏程度及对应的层间位移角限值见表 5。依据广东省 DBJ/T 15—92—2021《高层建筑混凝土结构技术规程》[15] ( 以下简称“广 东《高规》”) 相关规定 ,确定全框支剪力墙结构 LS1 层 间位移角限值及性能目标为 C 时对应的弹塑性 LS5 层 间位移角限值。依据 GB50011—2010《建筑抗震设计规 范》[16] (以下简称“《抗规》”)附表 M. 1. 3-4 ,LS3 对应的 指标限值取弹性 LS1 与弹塑性 LS5 指标限值的平均值 , LS4 对应的指标限值取 LS5 限值的 90%。
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