钢弯矩抵抗框架倒塌能力评估方法准确性与计算效率对比研究

《Scientific Reports》：Evaluating the accuracy and efficiency of Cloud-to-IDA for drift-based collapse assessment of steel frames under near- and far-field motions

　　

摘要

准确估计地震倒塌能力对于基于性能的抗震工程和易损性评估至关重要。增量动力分析（IDA）被广泛认为是倒塌能力评估的可靠基准；然而，其高昂的计算成本限制了其在大规模或快速评估研究中的应用。本研究评估了传统云分析和云到 IDA 过程与传统 IDA 相比在承受近断层和远场地震动的钢弯矩抵抗框架中的准确性和计算效率，并调查了结构高度和地震动特性对每种评估方法准确性的影响。在 OpenSees 中对三栋层数分别为 3 层、5 层和 9 层的二维钢弯矩抵抗框架进行了建模，并使用 FEMA P695 系列中的 22 条远场和 28 条近场地震动记录进行了分析。基本周期处的谱加速度 Sa(T1) 被采用为强度指标，最大层间位移角被用作工程需求参数。使用 HAZUS 层间位移阈值定义了基于位移的倒塌极限状态，以提供三种方法之间一致的比较基础。结果表明，传统云分析在估计中位倒塌能力时可能会产生依赖于高度和记录的偏差，随着框架高度从 3 层增加到 9 层，该偏差会减小。在远场记录下，3 层框架表现出最大的差异，其中云分析高估了基于 IDA 的中位倒塌能力约 20%。相比之下，云到 IDA 过程在所有研究的框架高度和地震动类别中都紧密重现了 IDA 结果，中位倒塌能力误差仅限于百分之几。云到 IDA 的离散性估计也比传统云分析获得的与 IDA 更加一致。就计算需求而言，云到 IDA 大幅减少了非线性动力分析的数量，并与 IDA 相比实现了约 86–91% 的计算时间减少，同时在中位能力和离散性方面保持了一致。这些发现表明，云到 IDA 可以为钢弯矩抵抗框架的基于位移的倒塌易损性评估提供高效可靠的替代方案，前提是其适用性被严格限制在本研究考虑的结构体系、地震动集和倒塌标准范围内。