考虑柔性管道易损性的隔震医疗建筑韧性高效评估方法

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医疗建筑在震后能否快速恢复功能是城市地震韧性的关键,隔震技术可有效提升医疗建筑韧性,进而提高城市韧性。本文以既有RC框架医疗建筑为研究对象,首先对隔震层中关键元件金属柔性管道进行了抗震性能试验,揭示该类构件的地震损伤机理和破坏特征,然后构建该类构件的易损性模型和损失后果函数,完善了隔震建筑地震韧性评价的模型体系。面向未来院区整体韧性提升需求,以计算效率、关键设计指标把握能力、关键结构响应预测能力和韧性水准评价精度为核心目标,研究了适用于该类结构隔震韧性提升的简化模型。在管道易损性模型和简化模型基础上,对典型RC框架医疗建筑进行了隔震韧性评估,明确了柔性管道等对其地震韧性的影响。主要工作和结论如下:(1)综合考虑公称内径、安装长度和设计长度影响,对9组27个金属柔性管道试件开展了抗震性能试验研究,结果表明:破坏的柔性管道主要经历两个关键状态,即外金属套网绷直和单侧完全拔出破坏,破坏后无法承受工作压强需要更换;既有工程采用的柔性管道方案无法满足大变形需求或存在安全隐患,规范建议的方案可很好的满足需求;管道水平变形能力主要取决于管道安装长度和设计长度,随两者的增大而增大;管道破坏主要取决于管道受拉竖向荷载分量,该分量近似正比于公称内径,破坏水平荷载随着公称内径和破坏位移的增大而增大。(2)采用FEMA推荐的易损性模型构建方法,基于试验数据构建了金属柔性管道的易损性模型和损失后果函数:损伤状态划分为DS1(外金属套网绷直)和DS2(单侧完全拔出);DS2修复方案为立即更换管道,修复费用因公称内径而异,修复时间约为0.306h;金属柔性管道损伤工程需求参数中位值随着管道公称内径的增大而增大,破坏概率则随着管道公称内径的增大而降低。(3)评价了现有基于剪切梁的组合简化模型的预测精度,结果表明该模型可准确预测隔震层位移,但无法准确预测底部剪力比,且严重高估楼面绝对加速度,低估结构隔震加固后的韧性水准。基于此,提出了基于铁木辛柯梁的组合简化模型,该模型可准确把握大震隔震层位移、底部剪力比和楼面绝对加速度。基于该组合简化模型对一既有RC框架结构进行了隔震韧性提升设计,结果表明该模型可高效、精准把握加固提升后的结构韧性水准,且可指导精细设计确定隔震方案。(4)考虑金属柔性管道易损性模型,基于简化模型对隔震后的RC框架结构地震韧性进行了评价分析,结果表明:柔性管道损伤影响建筑修复费用,但对修复时间没有影响,这主要是由于管道可与其他非结构构件并行修复,且修复时间远小于其他构件;管道损伤数量随公称内径的增大而降低;当大震隔震层位移值较小时,公称内径为40mm的金属柔性管道即可满足韧性需求;当隔震层位移值较大时,公称内径为50mm的金属柔性管道可更好地满足韧性需求。
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