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基于全寿命费用的中小学校舍抗震性能评估
作 者: 刘承昊
导 师: 党育
学 校: 兰州理工大学
专 业: 防灾减灾及防护工程
关键词: 抗震性能 中小学校舍 全寿命费用 IDA 神经网络
分类号: TU352.11
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
按照教育部和城乡建设部“关于做好学校校舍抗震安全排查及有关事项的通知”,各地自2009年起,陆续开展了对中小学校舍的抗震鉴定和加固。但目前的抗震性能鉴定主要依据专家经验并结合当地情况,给出“维修、加固、改变用途或更新”这四级标准。这样定性的抗震能力评价对业主而言太过笼统,也不利于政府进行准确合理地决策。因此,本文针对这种情况,提出了一种基于全寿命费用的抗震性能评估方法,对中小学校舍的抗震性能进行评估,该方法可直观且定量地评估中小学校舍的抗震能力,以合理进行建筑物加固和维修决策。本研究主要包括以下内容:(1)构建了一种基于全寿命费用的抗震性能指标,综合考虑使用功能、抗震设防烈度、结构的不规则程度、造价、震后损失及修复费用等综合因素,引入经济学中投资风险系数的概念,将建筑物的抗震能力系数表示为震后预期损失与建筑物全寿命费用的函数,定量地对中小学校舍建筑进行抗震性能评定。(2)给出一种精确的基于全寿命费用的建筑物抗震性能评估方法。采用增量动力分析(IDA)方法得到结构易损性曲线并拟合为易损性函数,代入不同地震强度,得到结构的条件失效概率,利用建筑物全寿命费用计算公式,得到结构的震后预期损失和全寿命费用,由此求出结构基于全寿命费用的抗震能力系数。选取两个典型的中小学校舍,用Opensees进行有限元建模和动力分析,对比了用本文方法得到的建筑物抗震能力评估结果和IDA方法得到的结果,说明本文提出的方法评估结果准确且直观,便于业主直接进行维修加固决策。(3)对一些设计资料不全、不便于进行详细动力分析的建筑物,给出一种近似的基于全寿命费用的抗震能力评估方法。针对中小学校舍常见的砌体结构和框架结构,分别建立震害预测分析的BP神经网络,利用已有震害资料对BP神经网络进行训练,得到建筑物震害等级及失效概率,将此结果代入全寿命费用计算公式,得到基于全寿命费用的抗震能力系数。选取两栋实际的校舍建筑,利用这种简化的方式计算抗震能力系数,将两栋建筑抗震性能的评估与抗震鉴定报告的结果进行对比,结果显示,该方法准确可行。
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全文目录
中文摘要 8-9 Abstract 9-11 第1章 绪论 11-19 1.1 课题的研究背景和意义 11-12 1.2 国内外研究现状 12-18 1.2.1 建筑物抗震性能评估的研究现状 12-15 1.2.2 建筑物全寿命费用的国内外研究现状 15-18 1.3 论文的主要研究内容 18-19 第2章 基于全寿命费用的建筑物抗震性能指标 19-31 2.1 引言 19 2.2 结构全寿命费用组成 19-25 2.2.1 建筑物初始造价 19-20 2.2.2 贴现率 20-21 2.2.3 建筑物累计失效损失 21-25 2.3 建筑的预期累计失效损失的计算 25-26 2.3.1 设计基准期内地震发生概率P(I) 25-26 2.3.2 结构的条件失效概率P(L_i|I) 26 2.4 建筑抗震性能评估指标 26-29 2.4.1 风险 26-27 2.4.2 基于全寿命的抗震能力系数 27-28 2.4.3 抗震能力等级 28-29 2.5 本章小结 29-31 第3章 基于全寿命费用的建筑物抗震性能评估——模型方法 31-55 3.1 概述 31 3.2 增量动力分析求解结构失效概率 31-36 3.2.1 地震记录的选取 32-33 3.2.2 IDA计算法则及各标准选取 33-36 3.3 基于全寿命费用的建筑物抗震性能评估——模型方法 36-37 3.4 工程算例 37-54 3.4.1 工程概况 37-40 3.4.2 地震动记录选取 40 3.4.3 单条地震动记录的IDA分析 40-42 3.4.4 多条地震动记录的IDA分析 42-48 3.4.5 易损性曲线 48-51 3.4.6 基于全寿命费用的抗震能力系数 51-53 3.4.7 分析与总结 53-54 3.5 本章小结 54-55 第4章 基于全寿命费用的建筑物抗震性能评估——实例方法 55-74 4.1 概述 55 4.2 BP人工神经网络 55-59 4.2.1 BP学习算法 56-58 4.2.2 BP神经网络 58-59 4.3 震害预测的BP神经网络模型 59-70 4.3.1 输入层与输出层设计 59-62 4.3.2 隐含层设计 62-63 4.3.3 网络模型建立 63-64 4.3.4 训练神经网络 64-67 4.3.5 网络测试 67-70 4.4 基于全寿命费用的建筑物抗震性能评估——实例方法 70 4.5 工程算例 70-73 4.5.1 震害预测 70-71 4.5.2 计算预期损失 71-72 4.5.3 计算抗震能力系数 72-73 4.6 本章小结 73-74 结论与展望 74-76 1. 结论 74 2. 展望 74-76 参考文献 76-81 致谢 81-82 附A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 82 附B 攻读学位期间参加的主要科研项目 82
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 抗震结构
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