傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力評估方法需要對結(jié)構(gòu)建立復(fù)雜的有限元模型并進行大量非線性時程分析。因此，傳統(tǒng)方法計算量較大，評估效率較低，在工程實踐尤其在城市尺度群體結(jié)構(gòu)評估中實用性不強，且不易被工程人員掌握。將復(fù)雜多自由度結(jié)構(gòu)簡化等效為單自由度體系可以極大地提高抗倒塌能力評估效率，其中關(guān)鍵技術(shù)在于如何確定恢復(fù)力模型中骨架曲線及滯回參數(shù)。以往簡化方法一般僅考慮恢復(fù)力模型中骨架曲線控制參數(shù)，忽略了滯回參數(shù)的影響，然而現(xiàn)有研究表明，結(jié)構(gòu)滯回特性（如剛度、強度退化以及捏縮效應(yīng)等）對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)影響較大，不能忽視。因此，針對上述問題，中國地震局工程力學(xué)研究所公茂盛研究員團隊的研究生鄒曉霖、公茂盛研究員、左占宣副研究員等，提出了一種基于等效單自由度體系同時考慮骨架曲線及滯回特性的結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力高效評估方法。
提出了一種結(jié)構(gòu)抗倒塌能力高效評估方法（圖1）。該方法主要包括以下四個步驟：首先對多自由度結(jié)構(gòu)建立有限元模型進行靜力往復(fù)推覆分析并得到其等效單自由度體系；其次采用優(yōu)化算法校準(zhǔn)單自由度體系骨架曲線和滯回特征參數(shù)；然后對等效單自由度體系進行增量動力分析；最后得到結(jié)構(gòu)倒塌易損性曲線并評估結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。分別對RC純框架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)和RC填充墻框架結(jié)構(gòu)進行抗倒塌能力評估，并與傳統(tǒng)抗倒塌能力評估方法計算結(jié)果對比，驗證和表明了本文所提方法的有效性和高效性。
本文主要內(nèi)容及結(jié)論包括以下三點：
（1）所提方法采用的ARO優(yōu)化算法在識別單自由度模型參數(shù)上具有較高的精度，且對于不同類型結(jié)構(gòu)的目標(biāo)滯回曲線均可取得較好效果（圖2），理論上方法可以應(yīng)用于不同類型結(jié)構(gòu)。采用ARO優(yōu)化算法識別414個框架柱試驗中骨架曲線和滯回參數(shù)，結(jié)果表明相較于現(xiàn)有其他優(yōu)化算法，本文所提優(yōu)化算法在實現(xiàn)結(jié)果同等精度前提下，優(yōu)化計算效率可提升17.45%。
（2）采用所提評估方法對2層RC純框架結(jié)構(gòu)（圖3）、3層鋼框架結(jié)構(gòu)（圖4）和3層RC填充墻框架結(jié)構(gòu)（圖5）進行抗倒塌能力評估，得到的倒塌易損性曲線與采用多自由度有限元模型的計算結(jié)果差異較小，表明本文方法用于倒塌能力評估具有較高的有效性和準(zhǔn)確性。
（3）相較于傳統(tǒng)直接采用多自由度有限元模型抗倒塌能力評估方法，采用本文所提等效單自由度方法進行抗倒塌能力評估，所需計算時間僅為傳統(tǒng)方法的2%（圖6），大幅度提升了評估計算效率。另外，本文所提方法不僅適用于單體結(jié)構(gòu)，也可以推廣至城市尺度的群體結(jié)構(gòu)抗倒塌能力評估。
該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Engineering Structures》（Xiaolin Zou, Maosheng Gong*, Zhanxuan Zuo*, Qifang Liu, An efficient framework for structural seismic collapse capacity assessment based on an equivalent SDOF system, Engineering Structures, Volume 300, 2024, 117213, ISSN 0141-0296, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.117213.）（IF：5.5，*通訊作者）。
圖1 結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力高效評估方法流程
圖2 單自由度體系參數(shù)識別效果
圖3 RC純框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖4 鋼框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖5 RC填充墻框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖6 提出的評估框架和傳統(tǒng)倒塌能力評估方法的計算時間對比
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研究亮點
