浅析建筑结构整体地震损伤模型

袁鹏

摘要：随着地震工程学的发展和结构抗震设计思想和理论的进步，基于结构性能的抗震设计方法(PBSD)和结构在地震作用下的地震损伤破坏机理逐渐得到了重视，结构地震损伤模型的研究就是其中的一个重要方向。文中对国内外较常用的建筑结构地震损伤模型进行了简要介绍和评述，分析了这些模型的优缺点，在此基础上提出震害损伤模型今后研究的发展方向和建议。

关键词：地震工程学，基于性能的抗震设计，破坏机理，损伤模型

1引言

结构抗震设计的目标是在一定的经济技术条件下，保证所设计的结构在未来的地震中达到抗震设防的目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。在我国现行的抗震设计规范中，结构抗震设计的基本思路是：在小震情况下，保证结构的承载力(强度)；在大震情况下，控制结构的位移(变形)。而实际上，在地震中结构所经历的是一种损伤累积演化的过程，最后甚至发生失稳倒塌。所以，损伤应该是一个直接而且合理地描述结构抗震性能的定量指标，这对于结构抗震性能设计(PBSD)和已建结构的地震损伤评估都具有重要意义。本文在建筑结构层次上对国内外较常用的建筑结构地震损伤模型进行了简要介绍和评述，并探索今后的发展方向。

2结构整体损伤

进行地震损伤评估的最终目的是建立对整个结构在可能或已经发生的地震作用下所遭受损伤程度的定量指标，目前结构层次的损伤模型建立主要有两种途径：加权组合法和整体法。

2.1加权组合法

加权组合法把结构的损伤视为构件损伤的函数，基本方法是：首先按照构件的损伤模型求取各构件的损伤指数，再按照构件对整体破坏的影响进行加权组合，得到结构整体的损伤指数，从而评价结构的破坏程度。

目前，很多研究者根据不同的侧重点提出了不同的确定加权系数的方法。

(1)基于能量的加权法

Park和Ang[1]提出了一种基于滞回耗能的加权组合法。该方法认为耗能大的楼层对整体损伤影响也较大，即根据楼层耗能占总体耗能的比率来计算权系数。权系数计算如下：

(4)基于楼层位置及损伤指数的加权法

Chuang等[4]在分析层间剪切模型的框架结构时，考虑了损伤发生在不同楼层位置对结构整体特性的影响，引入第层在结构整体中的位置加权系数：

加权组合法物理意义明确，但由于权系数选择和所依据震害、试验资料的差异，最后所得结构损伤等级所对应的结构损伤指标并不统一，也不能完全反映构件损伤指标对结构整体损伤指标的影响。

2.2整体法

整体法是将结构作为一个整体，根据结构受损前后的整体特征值变化情况建立结构损伤模型，评价结构性能。根据不同的结构特征值，国内外学者对结构整体损伤问题进行了系统地研究。

基于结构变形的损伤模型。

Sozen[7]通过对结构模型进行试验分析，认为可通过层间位移角来评价结构的损伤。当层间位移角小于1%时，建筑物仅发生非结构构件的损伤；当层间位移角大于4%时，建筑物就会发生不可修复的破坏或倒塌；当层间位移角大于6%时，建筑物就会发生倒塌。

基于模态参数的损伤模型。

结构遭受地震前后的动力特性改变反映了结构整体损伤的轻重。软化指标与结构在不同损伤状态下的前几阶自振周期有关，其分为最大软化指标、塑性软化指标及最终软化指标三种。Dipasquale等[8]研究了三个软化指标的关系和意义。顾祥林等[9]用结构基本自振频率的衰减来定义结构在多次地震连续作用下整体结构的累积损伤模型:

3结语

由于结构整体损伤的影响因素十分复杂，它包括构件损伤程度、构件脆性破坏后内力重分布规律以及在结构倒塌阶段的位移不连续性、几何非线性等等，显然通过简单地组合构件损伤指标或分析部分整体特征值得到的结构整体损伤指标不能完全解释结构损伤机制的复杂性。因此，对于结构整体损伤的评估问题需要更深层次的研究。

参考文献：

[1]ParkYJ,AngAH-S．Mechanisticseismicdamagemodelforreinforcedconcrete[J]．JournalofStructuralEngineering,ASCE,1985,111(4)：722-739．

[2]杜修力,欧进萍.建筑结构地震破坏评估模型[J].世界地震工程,1991,7(3):50-58.

[3]BracciJM,ManderJB.KunnathS.