基于位移的概率地震需求分析与结构抗震设计研究

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结构的抗震性能评估是基于性能的抗震设计理论的主要研究内容之一,不同地震动水平下结构位移反应的概率分析是其难点也是关键所在。基于位移的抗震设计是实现基于性能的设计思想的重要途径,但目前对它的研究还处于概念性的讨论阶段,离实际应用和纳入规范还有较大距离。围绕结构的概率地震需求分析方法以及基于位移的抗震设计方法,本文进行了以下几个方面的研究工作: 1.目标位移估计是Pushover分析方法用于结构抗震性能评估的关键问题之一。能力谱法可以用来估计结构的目标位移,在该方法中弹塑性反应谱常用于需求曲线的建立。以往对弹塑性反应谱的研究主要集中于等延性强度需求谱。通过探讨等强度延性需求谱和等延性强度需求谱在概念及计算方面的区别,本文提出采用等强度延性需求谱作为结构的需求曲线,并结合由Pushover分析得到的能力曲线,对结构的目标位移及抗震性能进行评估。 2.通过引入结构的屈服水平系数以及建立等屈服水平延性需求谱,可以像弹性反应谱中的地震系数以及动力放大系数曲线一样,将地震动的幅值特性以及频谱特性分开考虑。收集大量的地震记录,并根据场地类型和特征周期进行分类和分组,在每组地震记录作用下对大量的双线性单自由度体系进行非线性时程反应分析。基于这些分析结果,对给定结构屈服水平以及基本周期条件下的延性需求的概率分布类型进行了假设检验,并通过多元非线性回归得到了不同场地条件下延性需求的统计参数,进而建立了概率延性需求谱。利用概率延性需求谱以及条件分布的性质,本文提出了确定性结构随机地震位移反应分析的简化方法以及概率地震需求分析的简化方法,并通过算例分析对方法的有效性进行了证明。 3.通过对大量的2自由度体系进行非线性时程反应分析,探讨了结构参数以及场地条件对2自由度体系位移及延性需求的影响规律。采用类似于单自由度体系的分析方法,获得了不同场地条件下2自由度体系的概率延性需求。利用单自由度体系与2自由度体系的概率延性需求分析成果,并结合结构的能力分析,本文提出了对不同支座形式的规则连续梁桥进行地震易损性分析的简化方法。 4.对常见的主要失效模式为下部破坏型结构,本文提出将其等效成2自由度体系进行Pushover分析,并推导了多自由度体系等效成2自由度体系的计算公式。当结构的非线性较强时,建议在弹性和非弹性反应阶段采用不同的形状向量来描述结构的顶点位移与楼层位移的关系。通过对几个多层框架结构进行分析,比较了5种改进的Pushover分析方法的精度及适用范围。 5.比较了两种常用的基于位移的抗震设计方法,在此基础上提出把由等强度
摘要第8-10页
ABSTRACT第10页
第1章 绪论第12-28页
    1.1 前言第12页
    1.2 结构性能设计理论的基本特点及内容第12-15页
    1.3 基于概率可靠度的抗震性能评估第15-17页
    1.4 弹塑性变形的计算方法第17-20页
        1.4.1 规范简化方法及位移系数法第17-18页
        1.4.2 动力时程分析第18-19页
        1.4.3 静力弹塑性分析第19-20页
    1.5 弹塑性反应谱及单自由度体系的位移需求第20-22页
    1.6 随机地震响应分析第22-24页
        1.6.1 地震作用的随机性第22-23页
        1.6.2 随机地震响应的分析方法第23-24页
    1.7 结构抗震设计方法第24-26页
        1.7.1 基于力的抗震设计第24页
        1.7.2 基于位移的抗震设计第24-25页
        1.7.3 基于能量的抗震设计第25-26页
    1.8 研究存在问题及发展方向第26页
    1.9 本文研究内容第26-28页
第2章 延性需求谱在目标位移估计中的应用第28-45页
    2.1 引言第28-29页
    2.2 Pushover分析方法第29-30页
    2.3 能力谱法第30-33页
        2.3.1 能力曲线第30-31页
        2.3.2 需求曲线第31页
        2.3.3 目标位移的确定第31-33页
    2.4 弹塑性反应谱第33-36页
        2.4.1 地震波的归一化与屈服强度参数第33-34页
        2.4.2 弹塑性反应谱的建立第34-36页
    2.5 等延性强度需求谱与等强度延性需求谱的比较第36-40页
    2.6 基于延性需求谱的目标位移估计第40-44页
        2.6.1 改进能力谱法存在的问题第40-42页
        2.6.2 本文建议方法第42页
        2.6.3 算例分析第42-44页
    2.7 小结第44-45页
第3章 概率延性需求谱的建立及应用第45-67页
    3.1 引言第45页
    3.2 地面运动的输入第45-48页
        3.2.1 地震波的选取及分类第45-47页
        3.2.2 地震动强度指标的选取第47-48页
    3.3 等η延性需求谱的特性第48-49页
    3.4 影响延性需求的因素第49-52页
        3.4.1 结构的物理参数第49-50页
        3.4.2 滞回模型第50-51页
        3.4.3 场地类别、设计分组对延性需求的影响第51-52页
    3.5 概率延性需求谱第52-57页
        3.5.1 延性需求的条件概率分布第52-53页
        3.5.2 延性需求的条件概率分布类型第53-54页
        3.5.3 延性需求的条件均值和条件标准差第54页
        3.5.4 概率延性需求谱的建立第54-56页
        3.5.5 延性需求的统计参数的确定第56-57页
    3.6 概率弹塑性位移反应谱第57页
    3.7 随机地震反应分析第57-62页
        3.7.1 单自由度体系随机地震反应分析的建议方法第57-58页
        3.7.2 单自由度体系的算例分析第58-59页
        3.7.3 多自由度体系的随机地震反应分析方法第59-60页
        3.7.4 多自由度体系的算例分析第60-62页
    3.8 概率地震需求分析第62-65页
        3.8.1 概率地震需求分析与地震易损性分析第62-63页
        3.8.2 概率地震需求分析的简化方法第63页
        3.8.3 算例分析第63-65页
    3.9 小结第65-67页
第4章 梁式桥在地震作用下的易损性分析第67-89页
    4.1 引言第67-68页
    4.2 计算模型第68-69页
    4.3 计算参数的选取第69-72页
    4.4 计算参数与场地条件对位移及延性需求均值的影响第72-78页
        4.4.1 桥墩屈服水平系数的影响第72-74页
        4.4.2 刚度比的影响第74-75页
        4.4.3 质量比的影响第75-76页
        4.4.4 桥墩自振周期的影响第76-77页
        4.4.5 屈服后刚度系数的影响第77-78页
    4.5 回归分析第78-80页
    4.6 梁式桥地震易损性分析的简化方法第80-83页
        4.6.1 结构的地震易损性分析简介第80-81页
        4.6.2 建议的易损性简化分析方法第81-83页
    4.7 算例分析第83-86页
        4.7.1 梁式桥的易损性分析算例第83-85页
        4.7.2 桥墩高度的影响第85-86页
    4.8 底部隔震建筑结构第86-87页
    4.9 小结第87-89页
第5章 二质点模型在Pushover分析中的应用第89-118页
    5.1 引言第89页
    5.2 Pushover分析的应用范围第89-92页
    5.3 模态Pushover分析的基本原理及精度分析第92-95页
        5.3.1 模态Pushover分析的基本原理第92页
        5.3.2 2自由度体系与两个等效单自由度体系第92-95页
    5.4 二质点模型在Pushover分析中的应用方法第95-102页
        5.4.1 多自由度体系等效成单自由度体系第96-102页
        5.4.2 等效成2自由度体系的Pushover分析第102页
    5.5 形状向量的修正第102-105页
    5.6 改进方法的分析步骤第105-106页
    5.7 算例分析第106-117页
    5.8 小结第117-118页
第6章 基于位移的抗震设计第118-132页
    6.1 引言第118页
    6.2 两种常见的基于位移的抗震设计步骤第118-121页
        6.2.1 替代结构法第119-120页
        6.2.2 使用等延性位移反应谱第120-121页
    6.3 等强度位移反应谱的应用第121-122页
    6.4 基于位移的概率设计方法第122-130页
        6.4.1 根据目标可靠度直接设计结构第123-127页
        6.4.2 实用的概率极限状态设计第127-130页
    6.5 存在问题第130页
    6.6 小结第130-132页
结论第132-135页
参考文献第135-149页
致谢第149-150页
附录A 攻读博士学位期间发表的论文第150页
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