[论文解读] Estimating the duration effects in structural responses by a new energy-cycle based parameter

‪Mohammadreza Mashayekhi, Mojtaba Harati+1 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2019

Seismic Performance and Analysis参考文献 22被引用 7

一句话总结

本文提出了一种基于能量周期的新型参数，结合了累积滞回能与非线性周期数，以更准确地估计结构响应中的持续时间效应。该方法在退化型钢筋混凝土框架中与响应需求表现出强相关性，优于传统持续时间指标，并能实现更精确的地震动选择，用于地震分析。

ABSTRACT

Strong-motion duration and number of cycles of motion are the well-known parameters with which earthquake engineers currently use to take into account the influence of motion duration for the dynamic analysis of structures. In addition to these prevalent means, using the number of nonlinear cycles, which a structure experiences during the motion, is also one another method to find the influence of the motion duration in the response of structures. In this study, a new approach is proposed to determine the number of nonlinear cycles. Moreover, a parameter based on both hysteretic energy and number of nonlinear cycles is likewise suggested to precisely reflect the shaking characteristics of the motion. The proposed parameter is expected to demonstrate a high correlation with the response of structures even for the structures having deteriorative and degraded behaviour during the motion. This matter is examined and confirmed with the application of this parameter to predict the influence of motion duration in the response of several degrading RC frames. It is revealed that the proposed parameter is able to well predict the influence of motion duration and can be used as a criterion to select ground motions for dynamic analysis.

研究动机与目标

• 为解决传统持续时间参数在捕捉地震动持续时间对结构响应真实影响方面的局限性。
• 开发一种更精确的度量指标，同时考虑退化结构中能量耗散与非线性周期累积的影响。
• 通过更有效地整合持续时间效应，改进非线性动力分析中的地震动选择。
• 在多种退化型钢筋混凝土框架模型下，针对不同地震动，验证所提参数的预测能力。

提出的方法

• 提出一种新参数，整合结构在震动过程中经历的滞回能与非线性周期数。
• 基于超过预设屈服阈值的应力-应变滞回环数量定义非线性周期。
• 通过数值积分力-位移滞回环，从结构响应时程数据中计算总滞回能。
• 将能量与周期数结合，形成归一化、无量纲参数，以反映地震动的强度与持续特性。
• 将该参数应用于一组记录地震动，评估其与峰值结构响应需求的相关性。
• 通过在选定地震动下对多个退化型钢筋混凝土框架模型进行非线性时程分析，验证其性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 所提出的能量-周期参数在预测结构响应方面与传统持续时间指标相比表现如何？
• RQ2 该参数在多大程度上能捕捉地震动持续时间对退化型钢筋混凝土框架的影响？
• RQ3 该参数能否作为非线性动力分析中地震动选择的可靠依据？
• RQ4 该参数在多大程度上反映了长持续时间地震动的累积损伤潜力？

主要发现

• 所提出的能量-周期参数与峰值结构响应需求表现出高度相关性，尤其在退化型钢筋混凝土框架中。
• 该参数在预测响应变异性方面优于传统持续时间指标，如强震持续时间与总周期数。
• 具有显著退化的结构对所提参数的响应依赖性明显强于对传统指标的依赖。
• 该参数能有效区分持续时间相似但能量与周期特性不同的地震动。
• 该方法可实现更一致且可靠的地震动选择，用于地震性能评估。