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《华中科技大学》 2011年
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基于性能的钢筋混凝土框架结构抗震性能评估

吴巧云  
【摘要】:基于性能的抗震设计理论自二十世纪九十年代提出以来,得到各国学者的广泛关注并开展了多方面的研究。与传统的保障生命安全为主要设防目标的抗震思想不同,该理论以提高结构的抗震性能为目标,可以实现建筑结构的多性能目标,并要求所设计的结构在未来可能发生的地震作用下具有可预见性。钢筋混凝土结构作为我国建筑的主要结构形式,研究其从初始弹性、逐渐退化直至整体失稳倒塌各阶段的性能具有重要的理论意义和工程应用价值。因此,本文在国家杰出青年科学基金项目(No.50925828)《结构健康监测与振动控制》的资助下,以结构的非线性地震反应分析为手段,对钢筋混凝土框架结构进行了基于性能的抗震性能评估。综合应用理论分析、数值模拟等手段在如下几方面展开研究并取得了一定成果: 1.以五层、八层、十二层和二十层钢筋混凝土框架结构为研究对象,考虑结构参数随机性和地震动随机性对各结构模型进行了不同破坏参数下的随机增量动力分析(IDA)。结果表明,各结构IDA曲线具有很好的收敛性,证明了所取强度指标的有效性。随机增量动力分析为后续基于性能的地震评估提供了数据支持。 2.对上述4个结构模型进行了场地危险性分析及不同工程需求参数下的结构整体概率抗震能力分析,得出了各结构的场地危险性曲线及不同超越概率水平下的整体地震危险性曲线。场地危险性曲线很好地反映了设计场地的危险性信息,进而为工程抗震设计提供设计地震动参数。整体地震危险性曲线将结构概率抗震能力单位时间化,并将结构概率抗震能力的研究范围扩大化。 3.基于IDA分析及地震危险性分析,对各结构模型进行了地震易损性分析,得到了易损性曲线。当以整体破坏指标最大层间位移角表示结构反应时,基于Pushover分析,求出了各结构不同破坏状态下的量化指标限值。当以局部破坏指标柱脚曲率和柱脚钢筋应力表示结构反应时,本文提出了一种得到结构立即使用(IO)和防止倒塌(CP)破坏状态时的量化指标限值的方法。 4.介绍了基于调制IDA方法对结构进行量化地震损失评估的过程。提出了建筑设施在确定地震作用下的财务风险评估方法,这种方法在数学上表示为一个四重积分,运用该方法对本文4个结构模型进行了期望年度损失计算。 5.基于直接微分法对钢筋混凝土框架结构进行了参数灵敏度分析,评估了随机参数对结构系统的影响,得到了各结构参数的敏感性。基于有限元可靠度方法对五层和八层框架结构进行了非线性静力抗震可靠度分析,得到了结构整体变形的可靠指标及失效概率。结果表明,随着地震作用的增强,结构的可靠指标逐渐减小、失效概率逐渐增大。采用不同可靠度分析方法计算的结果差异不大,表明所编程序的正确性。基于平均值一次二阶矩(MVFOSM)有限元可靠度原理,得到各结构在不同程度地震作用下整体抗震能力的前二阶矩统计信息,并与重要抽样(IS)计算结果进行对比,分析表明两种分析方法计算结果的合理性。基于一阶可靠度(FORM)和重要抽样(IS)方法,得到了结构整体地震易损性曲线,为今后震害预测提供了参考。 6.基于正交多项式展开法研究了结构参数及地震动变异性对结构时程响应的影响,结果表明质量和刚度变异对结构动力响应有很大影响且随机参数的数目越多对结构响应影响越大。介绍了一种人工合成与目标地震动相拟合的随机地震动模型,该模型可直接用于基于性能的抗震设计中。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU375.4;TU352.11

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【引证文献】
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