基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析

许启铿; 李建业; 刘涛; 王桂玲; 刘强; 任国旗

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20221212001

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基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析

论文 | 更新时间：2024-06-26

- 基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析
- Seismic Fragility Analysis of Column⁃Supported Silo Structures Based on IDA
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第3期页码：640-648
- 作者机构：
  
  1.河南工业大学土木工程学院，河南郑州 450001
  2.机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州 450001
- 作者简介：
  
  许启铿（1981—），男，高级实验师，博导，博士。主要从事仓储结构及工程抗震研究。E-mail:xuqikeng@haut.edu.cn
- 基金信息：
  
  河南省科技攻关计划项目(212102310955);河南工业大学高层次人才科研基金项目(2020BS044)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20221212001
  中图分类号： TU359
- 收稿：2022-12-12，
  
  修回：2023-04-28，
  
  纸质出版：2024-06-25
- 稿件说明：
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许启铿,李建业,刘涛等.基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):640-648.

XU Qikeng,LI Jianye,LIU Tao,et al.Seismic Fragility Analysis of Column⁃Supported Silo Structures Based on IDA[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):640-648.
许启铿,李建业,刘涛等.基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):640-648. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221212001.

XU Qikeng,LI Jianye,LIU Tao,et al.Seismic Fragility Analysis of Column⁃Supported Silo Structures Based on IDA[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):640-648. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221212001.

摘要

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此，选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象，通过有限元软件ABAQUS，分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型（Dracker⁃Prager）模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒，建立考虑粮食⁃仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法（IDA），按照谱相容性原则选取10条地震动记录，分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数，进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明：（1）三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置，支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为0.015、0.013、0.011 rad；（2）储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素；（3）三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标；（4）满仓工况筒仓50年超越倒塌极限状态的概率为0.45%，小于FEMA P750中定义的50年倒塌风险的限值1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。

Abstract

Fragility assessment is paramount in the pursuit of performance-based design for column-supported silo structures. In this study

a reinforced concrete column-supported silo was selected as the research object. Using the finite element software ABAQUS

both concrete damage plasticity model and Drucker-Prager ideal elasto-plastic model were utilized to simulate the silo structure and the grain particles

thus establishing a nonlinear finite element model that accounted for the interaction between grain and structure. Following the incremental dynamic analysis (IDA) method

10 seismic records were selected based on spectral compatibility principles. The maximum inter-story drift ratio and peak ground acceleration (PGA) were respectively taken as the engineering demand parameters for silo structure and seismic intensity parameters. Seismic fragility analysis and seismic damage risk assessment for three grain storage conditions

i.e.

empty

half-full

and full

were conducted. The results show that: (1) The maximum inter-story drift ratio of the column-supported silo structure occurred at the top of the column under all three grain storage conditions

with inter-story drift ratios of 0.015

0.013 and 0.011 radians corresponding to the plastic state of the support columns; (2)The mass of stored grain was a pivotal factor determining the degradation of structural stiffness in column-supported silo structure; (3) The column-supported silo structure under the three grain storage conditions met the seismic design objective of " no damage in minor earthquakes

reparable damage in moderate earthquakes

no collapse in major earthquakes "; (4) The probability of exceeding the collapse limit state for the silo under full storage condition over a 50-year period was 0.45%

comfortably below the 1% threshold defined in FEMA P750 for a 50-year collapse risk. These research results offer a foundation for performance-based design and seismic performance evaluation of silo structures.

关键词

Keywords

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