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基于位移的概率地震需求分析与结构抗震设计研究

作　者: 张海燕
导　师: 易伟建
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 结构抗震性能评估概率地震需求分析延性需求谱桥梁抗震性能评估易损性分析结构抗震设计分项系数
分类号: TU311.3
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

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

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-28
  1.1 前言  12
  1.2 结构性能设计理论的基本特点及内容  12-15
  1.3 基于概率可靠度的抗震性能评估  15-17
  1.4 弹塑性变形的计算方法  17-20
    1.4.1 规范简化方法及位移系数法  17-18
    1.4.2 动力时程分析  18-19
    1.4.3 静力弹塑性分析  19-20
  1.5 弹塑性反应谱及单自由度体系的位移需求  20-22
  1.6 随机地震响应分析  22-24
    1.6.1 地震作用的随机性  22-23
    1.6.2 随机地震响应的分析方法  23-24
  1.7 结构抗震设计方法  24-26
    1.7.1 基于力的抗震设计  24
    1.7.2 基于位移的抗震设计  24-25
    1.7.3 基于能量的抗震设计  25-26
  1.8 研究存在问题及发展方向  26
  1.9 本文研究内容  26-28
第2章延性需求谱在目标位移估计中的应用  28-45
  2.1 引言  28-29
  2.2 Pushover分析方法  29-30
  2.3 能力谱法  30-33
    2.3.1 能力曲线  30-31
    2.3.2 需求曲线  31
    2.3.3 目标位移的确定  31-33
  2.4 弹塑性反应谱  33-36
    2.4.1 地震波的归一化与屈服强度参数  33-34
    2.4.2 弹塑性反应谱的建立  34-36
  2.5 等延性强度需求谱与等强度延性需求谱的比较  36-40
  2.6 基于延性需求谱的目标位移估计  40-44
    2.6.1 改进能力谱法存在的问题  40-42
    2.6.2 本文建议方法  42
    2.6.3 算例分析  42-44
  2.7 小结  44-45
第3章概率延性需求谱的建立及应用  45-67
  3.1 引言  45
  3.2 地面运动的输入  45-48
    3.2.1 地震波的选取及分类  45-47
    3.2.2 地震动强度指标的选取  47-48
  3.3 等η延性需求谱的特性  48-49
  3.4 影响延性需求的因素  49-52
    3.4.1 结构的物理参数  49-50
    3.4.2 滞回模型  50-51
    3.4.3 场地类别、设计分组对延性需求的影响  51-52
  3.5 概率延性需求谱  52-57
    3.5.1 延性需求的条件概率分布  52-53
    3.5.2 延性需求的条件概率分布类型  53-54
    3.5.3 延性需求的条件均值和条件标准差  54
    3.5.4 概率延性需求谱的建立  54-56
    3.5.5 延性需求的统计参数的确定  56-57
  3.6 概率弹塑性位移反应谱  57
  3.7 随机地震反应分析  57-62
    3.7.1 单自由度体系随机地震反应分析的建议方法  57-58
    3.7.2 单自由度体系的算例分析  58-59
    3.7.3 多自由度体系的随机地震反应分析方法  59-60
    3.7.4 多自由度体系的算例分析  60-62
  3.8 概率地震需求分析  62-65
    3.8.1 概率地震需求分析与地震易损性分析  62-63
    3.8.2 概率地震需求分析的简化方法  63
    3.8.3 算例分析  63-65
  3.9 小结  65-67
第4章梁式桥在地震作用下的易损性分析  67-89
  4.1 引言  67-68
  4.2 计算模型  68-69
  4.3 计算参数的选取  69-72
  4.4 计算参数与场地条件对位移及延性需求均值的影响  72-78
    4.4.1 桥墩屈服水平系数的影响  72-74
    4.4.2 刚度比的影响  74-75
    4.4.3 质量比的影响  75-76
    4.4.4 桥墩自振周期的影响  76-77
    4.4.5 屈服后刚度系数的影响  77-78
  4.5 回归分析  78-80
  4.6 梁式桥地震易损性分析的简化方法  80-83
    4.6.1 结构的地震易损性分析简介  80-81
    4.6.2 建议的易损性简化分析方法  81-83
  4.7 算例分析  83-86
    4.7.1 梁式桥的易损性分析算例  83-85
    4.7.2 桥墩高度的影响  85-86
  4.8 底部隔震建筑结构  86-87
  4.9 小结  87-89
第5章二质点模型在Pushover分析中的应用  89-118
  5.1 引言  89
  5.2 Pushover分析的应用范围  89-92
  5.3 模态Pushover分析的基本原理及精度分析  92-95
    5.3.1 模态Pushover分析的基本原理  92
    5.3.2 2自由度体系与两个等效单自由度体系  92-95
  5.4 二质点模型在Pushover分析中的应用方法  95-102
    5.4.1 多自由度体系等效成单自由度体系  96-102
    5.4.2 等效成2自由度体系的Pushover分析  102
  5.5 形状向量的修正  102-105
  5.6 改进方法的分析步骤  105-106
  5.7 算例分析  106-117
  5.8 小结  117-118
第6章基于位移的抗震设计  118-132
  6.1 引言  118
  6.2 两种常见的基于位移的抗震设计步骤  118-121
    6.2.1 替代结构法  119-120
    6.2.2 使用等延性位移反应谱  120-121
  6.3 等强度位移反应谱的应用  121-122
  6.4 基于位移的概率设计方法  122-130
    6.4.1 根据目标可靠度直接设计结构  123-127
    6.4.2 实用的概率极限状态设计  127-130
  6.5 存在问题  130
  6.6 小结  130-132
结论  132-135
参考文献  135-149
致谢  149-150
附录A 攻读博士学位期间发表的论文  150

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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