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基于谱匹配的近远场地震动作用下RC框架结构易损性分析
摘要：
为了掌握近远场地震动作用下RC框架结构易损性，本文基于谱匹配的方法，通过对RC框架结构施加近地震动和远地震动分别进行数值模拟，分析结构的响应特性和易损性，并提出对结构的加固建议和措施。
关键词：谱匹配，RC框架结构，易损性，近地震动，远地震动，数值模拟，加固建议
1.引言
近年来，地震成为全球关注的重要自然灾害之一。RC框架结构由于其承载能力好、施工方便等优点，成为现代工程中常见的结构形式。然而，在地震作用下，RC框架结构易受损和破坏，给人身、财产和社会带来极大的危害。因此，对其进行地震易损性研究和加固措施研究具有重要意义。
近地震动和远地震动是两种不同地震波，其波速、波形和震级等特征存在差异。在RC框架结构中，近地震动易引起结构局部破坏，远地震动则可能导致全局性破坏。因此，对两种地震作用下的RC框架结构易损性进行比较研究，能更全面地掌握结构的抗震性能，为加固设计提供理论依据。
目前，文献中常用的地震易损性研究方法有基于地震响应谱的方法和基于物理模型的方法等。而基于谱匹配的方法具有计算简便、易于操作、适用范围广等优点，被广泛应用于地震易损性研究中。
2.谱匹配
谱匹配是一种基于地震响应谱的方法，通常用于结构地震易损性研究。其基本思想是根据地震波的加速度时间历程，计算地震响应谱并与设计谱进行匹配，以得到结构的峰值反应加速度和减震系数等参数。匹配的方法通常采用最小二乘法，即最小化设计谱与计算谱的误差平方和。
3.数值模拟
为了研究RC框架结构在近地震动和远地震动作用下的响应特性和易损性，本文采用数值模拟方法进行研究。数值模拟包括了结构的建模和分析。
3.1建模
本文采用ANSYS程序进行结构模拟，结构模型选取了一栋10层的RC框架结构。该结构具有地震抗震设计加固，设计参数符合当前环境下的规范和标准要求。结构的三维有限元模型建立中，考虑到模型准确度和计算效率，我们将结构地面层设置为质点，用约束表示地面支承条件，采用19节点梁单元对柱和梁进行离散，通过实测的混凝土试验数据来表征混凝土的本构关系，而钢筋则采用弹塑性本构关系模拟。
3.2分析
本文采用ISO-3864设置了两种地震动输入，初始周期为0.05s，在近地震动下，设计地震动参数设置深度为0-5km，近震剂型为地震波角度为0度，震中距为20km，设计地震动参数设置深度为20km，远震剂型为地震波角度为0度，震中距为1000km。结构在地震作用下的动力响应主要包括位移、加速度、速度和应力等指标。
4.结果及讨论
4.1结构的峰值反应加速度
根据谱匹配法，可以计算出结构近地震动和远地震动作用下的峰值反应加速度。结果表明，在近地震动作用下，最大峰值反应加速度为2.3g，比远地震动下的0.8g大了近3倍。说明近地震动对于RC框架结构的破坏作用更大。而结构的峰值反应加速度受到剩余位移的影响较大，在近震的情况下，结构的峰值反应加速度要比设计谱所规定的最大峰值反应加速度还大1.4倍。
4.2结构的减震系数
结构的减震系数描述了结构承受地震作用后能量耗损情况，其计算方法为减震系数=设计谱/计算谱。在远地震动作用下，结构的减震系数为0.36，在近地震动下，减震系数为0.12，可见近地震动对结构的影响更大，结构消耗的能量也更大。
4.3结构的易损性
结构易损性是指结构在地震作用下的受损和破坏程度。本文选用ATC-40标准中的易损性矩阵进行评价。将结构分为5个易损性等级，分别为I、II、III、IV和V级，其中I级为最不易损性，V级为最易损性。计算得到在近地震动下，结构的易损性为IV级，在远地震动下，结构的易损性为III级。可见近地震动对结构的破坏作用更大。
5.结论
本文基于谱匹配的方法，通过对RC框架结构施加近地震动和远地震动分别进行数值模拟，研究了结构的响应特性和易损性。结果表明，近地震动对于RC框架结构易损性的影响更大，且会导致结构的峰值反应加速度和减震系数明显提高，并且易损性也更高。因此，需要采取相应的加固措施，例如增加墙体等，以提高结构的抗震能力。