基于变形与耗能的高强钢组合K形偏心支撑框架损伤与抗倒塌评估研究

本文针对高强钢组合K形偏心支撑框架（HSS-K-EBF）这一新型抗震韧性结构体系，系统比较了层间位移角（IDR）损伤指数与弹塑性耗能差率（EEDR）损伤指数在评估结构损伤程度与抗倒塌能力方面的有效性。研究通过拟静力试验与增量动力分析（IDA）验证了所提指数的可靠性，结果表明HSS-K-EBF结构具有较高的抗倒塌安全储备，并推荐了不同损伤极限状态下的适用评估指标。

　　

Highlight

结构损伤状态的定义与分类

在地震过程中，结构的倒塌与其各构件的损伤水平相关。基于先前提出的HSS-K-EBF结构的耗能机制和三级性能目标，本节对构件的损伤状态进行了分类。

结构损伤指数的确定

选择合适的结构损伤指数对于准确描绘结构在不同强度地震下的损伤程度至关重要，这要求研究人员充分理解结构的受力特性和损伤模式。本节介绍了基于构件、基于层间位移角（IDR）和基于弹塑性耗能差率（EEDR）的损伤评估方法，并结合HSS-K-EBF结构的受力特性进行分析，以量化损伤指数。

原型与数值模型

基于性能塑性设计（PBPD）方法建立的十层HSS-K-EBF模型被用作原型结构。场地土条件假定为Ⅱ类，其平均剪切波速v_s,30介于180 m/s至360 m/s之间。原型结构的设计地震峰值加速度为0.3g（DBE水平）。结构层高3.3米，柱距6米，剪切连杆长度0.6米。高强钢（Q550）用于主框架梁柱，普通钢（Q355）用于支撑和剪切连杆。使用OpenSees平台建立了考虑材料非线性和几何非线性的有限元模型。

HSS-K-EBFs的损伤与倒塌评估

采用增量动力分析（IDA）方法评估数值模型在不同强度地震作用下的损伤与倒塌。本研究选择谱加速度S_a(T₁, 5%)作为IDA分析的地震强度测量参数。基于前文对结构损伤指数的分析结果，选择IDR损伤指数和EEDR层损伤指数来评估HSS-K-EBF结构在不同性能水平下的损伤状态和抗倒塌能力。

结论

本研究提出并比较了层间位移角（IDR）损伤指数和弹塑性耗能差率（EEDR）层损伤指数，用于评估全局高强钢组合K形偏心支撑框架（HSS-K-EBF）结构的损伤程度。利用现有的拟静力试验结果和数值模型时程分析结果验证了各损伤指数的有效性。采用增量动力分析方法评估了所建立模型在不同地震强度下的损伤和倒塌概率。分析结果表明，HSS-K-EBF结构具有较高的抗倒塌安全储备。出于设计安全考虑，建议使用层间位移角损伤指数来判断结构的非倒塌损伤极限状态，并使用弹塑性耗能差率损伤指数来评估结构的抗倒塌能力。