基于MATLAB的增量动力分析方法IDA求解地震易损性曲线
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基于MATLAB的增量动力分析方法IDA求解地震易损性曲线
引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/2501_90314346/article/details/146075900
增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)是一种用于评估结构在地震作用下的性能和易损性的方法。IDA通过逐步增加地震动的强度来分析结构的响应,从而生成地震易损性曲线。本文将介绍如何使用MATLAB进行IDA分析,并提供完整的代码示例。
1. 准备工作
首先,确保你已经准备好以下内容:
- 结构模型:定义结构的几何形状、材料属性和边界条件。
- 地震记录:一组地震加速度时间序列数据。
- IDA参数:包括地震动缩放因子范围、步长等。
2. 示例代码
以下是MATLAB代码示例,展示如何使用IDA方法求解地震易损性曲线。假设你已经有了一个结构模型和一组地震记录,并且可以使用OpenSees或其他结构分析软件进行非线性时程分析。
步骤1:加载地震记录和结构模型
% 加载地震记录
load('earthquake_records.mat'); % 假设地震记录存储在一个 .mat 文件中
groundMotions = earthquake_records; % 地震动记录数组
% 结构模型参数
numStories = 5; % 楼层数
massPerStory = 1e6; % 单位质量 (kg)
stiffnessPerStory = 2e8; % 单位刚度 (N/m)
% 定义IDA参数
scaleFactors = linspace(0.1, 2.0, 20); % 缩放因子范围
步骤2:定义结构模型和分析函数
假设你使用OpenSees进行非线性时程分析,这里我们定义一个调用OpenSees的函数。
function [maxDrift] = runIDAAnalysis(structureParams, groundMotion, scaleFactor)
% 调用OpenSees进行非线性时程分析
% 这里假设有一个外部脚本 `runOpenSeesModel.tcl` 来运行OpenSees模型
% 并返回最大层间位移角
% 创建临时文件名
tempFileName = ['temp_model_', num2str(randi([1000, 9999]))];
% 修改OpenSees输入文件中的地震记录和缩放因子
fid = fopen(['runOpenSeesModel_', tempFileName, '.tcl'], 'w');
fprintf(fid, 'set groundMotionFile "%s"\n', groundMotion);
fprintf(fid, 'set scaleFactor %.4f\n', scaleFactor);
fclose(fid);
% 运行OpenSees模型
system(['OpenSees runOpenSeesModel_', tempFileName, '.tcl']);
% 读取结果文件并提取最大层间位移角
resultFileName = ['results_', tempFileName, '.txt'];
data = dlmread(resultFileName);
maxDrift = max(data(:, 2)); % 假设第二列为层间位移角
% 删除临时文件
delete(['runOpenSeesModel_', tempFileName, '.tcl']);
delete(resultFileName);
end
步骤3:执行IDA分析
% 初始化结果矩阵
numRecords = length(groundMotions);
numScales = length(scaleFactors);
damageStates = zeros(numRecords, numScales);
% 循环遍历每个地震记录和缩放因子
for i = 1:numRecords
for j = 1:numScales
scaleFactor = scaleFactors(j);
groundMotion = groundMotions{i};
% 运行IDA分析
maxDrift = runIDAAnalysis(structureParams, groundMotion, scaleFactor);
% 判断损伤状态
if maxDrift < 0.005
damageState = 0; % 无损伤
elseif maxDrift >= 0.005 && maxDrift < 0.02
damageState = 1; % 轻微损伤
elseif maxDrift >= 0.02 && maxDrift < 0.05
damageState = 2; % 中等损伤
else
damageState = 3; % 严重损伤
end
damageStates(i, j) = damageState;
end
end
步骤4:生成地震易损性曲线
% 计算每个损伤状态的概率
probabilities = zeros(length(scaleFactors), 4); % 四个损伤状态
for j = 1:length(scaleFactors)
scaleFactor = scaleFactors(j);
for k = 0:3
probabilities(j, k+1) = sum(damageStates(:, j) == k) / numRecords;
end
end
% 绘制地震易损性曲线
figure;
plot(scaleFactors, probabilities(:, 1), '-o', 'DisplayName', 'No Damage');
hold on;
plot(scaleFactors, probabilities(:, 2), '-s', 'DisplayName', 'Slight Damage');
plot(scaleFactors, probabilities(:, 3), '-^', 'DisplayName', 'Moderate Damage');
plot(scaleFactors, probabilities(:, 4), '-d', 'DisplayName', 'Severe Damage');
title('Seismic Fragility Curves');
xlabel('Ground Motion Scale Factor');
ylabel('Probability of Exceedance');
legend('Location', 'best');
grid on;
详细说明
- 加载地震记录和结构模型:
- 使用
load
函数加载地震记录。 - 定义结构模型的基本参数,如楼层数、单位质量和刚度。
- 定义结构模型和分析函数:
runIDAAnalysis
函数用于调用OpenSees进行非线性时程分析,并返回最大层间位移角。- 该函数通过修改OpenSees输入文件中的地震记录和缩放因子来实现不同的分析工况。
- 执行IDA分析:
- 遍历每个地震记录和缩放因子,调用
runIDAAnalysis
函数进行分析,并根据最大层间位移角判断损伤状态。 - 将结果存储在
damageStates
矩阵中。
- 生成地震易损性曲线:
- 计算每个损伤状态的概率。
- 绘制地震易损性曲线,显示不同损伤状态随地震动强度变化的概率。
注意事项
- OpenSees模型:你需要准备一个OpenSees模型文件(如
runOpenSeesModel.tcl
),并在其中设置地震记录文件路径和缩放因子。 - 结果文件:确保OpenSees模型输出包含最大层间位移角的结果文件。
- 扩展功能:可以根据需要扩展代码,例如添加更多的损伤状态或改进损伤状态的判断标准。
希望这段代码对你有所帮助!
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