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1、第26卷第6期河南科技大学学报(自然科学版)Vol.26No.62005年12月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Dec.2005文章编号:1672-6871(2005)06-0074-04基于性能的抗震设计理论的研究现状及展望白晓红,白国良(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘要:综述了现代抗震设计理论尤其是基于性能的抗震设计理论产生的背景、发展概况和研究内容。基于性能的抗震设计理论和方向是目前世界各国学术界和工程界广泛关注的课题,是抗震设计理念上的一次重大变革。此理论的基础框架已基本
2、形成,但缺乏数据支持,需对指标定量化,使其具有更强的可操作性。关键词:地震;结构抗震;抗震设计;抗震设防中图分类号:TU435文献标识码:A0前言为了最大限度地减轻地震损失,必须研究建筑的抗震问题。随着人们对地震动和结构动力特性认识的深入,结构抗震理论已从最初的静力阶段和反应谱阶段,发展到动力阶段及目前基于性能的抗震理[1]论设计阶段。本文重点介绍目前国内外比较热门的基于性能的抗震理论的研究现状及发展方向。1结构抗震理论的几个重要发展阶段静力理论阶段(20世纪10~40年代)初期以佐野利器的水平静力抗震理论为代表,认为结构物所受地震作用可以简化为作用于结构上的水平等效静力,其大小等于建筑物的重
3、量乘以一个与结构特性无关的地震系数。20世纪20~30年代,日本出现了刚柔理论之争,并提出了消震、隔震、减震、能量耗散理[2]论和抗震设计的能量理论,对当时的抗震理论研究起了重要推动作用。反应谱理论阶段(20世纪40~60年代)。1932年美国研制的第一台强地震记录仪,为反应谱理论在抗震设计中的应用创造了基本条件。豪斯纳在50年代初首先采用反应谱作为抗震设计理论,到60[3]年代,这一理论已基本取代过去的静力震度法。反应谱是指将地震波作用在单质点体系上,求得的位移、速度或加速度等反应的最大值与单质点体系自振周期间的关系。随机振动理论在60年代已有初步发展,它不但为振型组合提供了普遍接受的方法,
4、更重要的是为今后的抗震设计概率理论奠定了基础。动力理论阶段(20世纪70~80年代)。动力法把地震作为一个时间过程,选择能反映地震和场地环境以及结构特点要求的地震加速度时程作为地震动输入,将建筑物简化为多自由度体系,计算每一时刻建筑物的地震反应。动力法比反应谱法有更高的精确性,在获得结构非线性恢复力模型的基础上,很容易求解结构非弹性阶段的反应,求得各种反应量。2基于结构性能的抗震设计理论当前各国采用的/小震不坏、中震可修、大震不倒0抗震设防水准,是以保证生命安全为单一设防目标的。尽管能做到大震时主体结构不倒塌以保证生命安全,但仍可能导致中小地震作用下结构丧失正常使用功能而造成巨大的财产损失。1
5、994年在美国(Northridge)和1995年在日本(阪神)发生了破坏性[4]的地震,由于这类地区集中了大量的社会财富,地震所造成的经济损失和人员伤亡是非常巨大的。在此背景下,人们不得不重新审视现有的抗震设计思想,于是基于性能的抗震设计(20世纪90年代)被认[5,6]为是未来抗震设计的主要发展方向。基金项目:国家电力公司行业规程科研基金资助项目(60-Y2002-03-T04)作者简介:白晓红(1976-),女,河南洛阳人,博士生;白国良(1955-),男,陕西西安人,教授,博士生导师,主要从事结构抗震研究.收稿日期:2004-12-27第6期白晓红等:基于性能的抗震设计理论的研究现状及
6、展望#75#2.1基于结构性能的抗震理论的提出基于性能的抗震设计应用于建筑业中最早是在1963年,奥斯陆的NKB(Nordidkskomittenforbyggbestammelser)开始统一北欧5个国家的建筑法规,以便对现有建筑法规统一化,取名为基于结构性[7]能的抗震设计理论的4级框架。国际标准化组织(ISO)1980年、1984年颁布了基于结构性能的建筑法[8][9][10][11]规的初步使用标准,英国(Heseltine1991)、新西兰(BIA1995)和澳大利亚(ABCB1996)都进行了以基于性能设计方法为基础的建筑法规的修订,联合国欧洲经济委员会以NKB框架体系为基础,出台
7、[12]了建筑条例法规(ECE1996)。日本1998年也对其建筑法规进行了修改以符合基于性能的设计思想,目前正在进行政府相关条例的修改(JapaneseGovernment1998)。美国和加拿大也已将基于性能的设计作为建筑抗震性能的设计方法而推行。20世纪90年代初美国学者率先提出了基于性能的结构抗震设计概念(Performance-BasedSeismicDesign,PBSD),该理论被认
