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建筑物抗震能力研究

作　者: 林世镔
导　师: 谢礼立
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 结构工程
关键词: 建筑物抗震能力地震危险性易损性改进能力谱方法性态设计 HAZUS
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大量建筑物构成了一个城市的基本工程性设施。在地震作用下,这些建筑物的破坏是导致经济损失和人员伤亡的最直接原因,因此建筑物的抗震能力将直接影响城市的防震减灾能力。2004年,国务院提出国家防震减灾中长期目标,即到2020年,我国基本具备综合抗御6级左右、相当于各地区地震基本烈度地震的能力,大中城市、经济发达地区的防震减灾能力力争达到中等发达国家水平。实现这一目标,面临的首要问题就是如何定义和评估建筑物的抗震能力。本文应用Push-over分析方法和HAZUS易损性分析方法研究建筑物抗震能力,建立了群体和单体建筑物抗震能力评估方法,并进行了算例分析验证了本文方法的有效性。主要研究内容如下:1、Push-over方法与建筑物抗震能力评估介绍Push-over分析方法的基本原理及其力学本质,研究Push-over分析方法在抗震能力研究中的应用,基于MATLAB编写求解性态点程序。2、群体建筑物抗震能力研究分析影响群体建筑物抗震能力的两个主要因素:地震危险性分析和建筑物易损性,给出相对抗震能力和绝对抗震能力的定义。进行地震危险性分析,基于地面峰值加速度符合极值Ⅱ型分布这一研究基础,以设防基准期T年内(50年)基本加速度(PGA0)超越概率P(PGA≥PGA0)=10%为约束条件,推导我国不同地震危险性特征分区的PGA概率密度函数。进行群体建筑物易损性分析,介绍HAZUS中基于Push-over的易损性分析方法(以下简称为HAZUS方法)。通过对比中美抗震规范的抗震设计谱,将我国建筑物划分成与HAZUS中美国建筑物相同的四个抗震设防水平,这一划分使得可以选择HAZUS中的能力曲线及易损性参数用于我国建筑物地震破坏评估;分别采用HAZUS方法及其数据和尹之潜方法对晋江市进行震害预测,对比计算结果以论证引入HAZUS方法及其数据用与我国建筑物地震破坏评估的可行性;分析HAZUS方法中需求谱PGA与性态点谱位移的对应关系,通过这一关系将谱位移形式的易损性函数和易损性参数转化为PGA形式,最后得到改进的群体建筑物易损性分析方法,该方法能够直观地建立地震作用与建筑物破坏的对应关系,由于提前完成了求解性态点的迭代过程,此方法较HAZUS方法具有更高的效率并能够保证较高的精度。通过对建筑物易损性和地震危险性的研究,建立群体建筑物抗震能力评估方法,提出的相对全概率抗震能力指数可以反映群体建筑物在其所出的地震危险性环境下所具有的抗震能力,而采用绝对全概率抗震能力指数能够比较不同群体建筑抗震能力的差异,再结合建筑物抗震能力评估标准可确定群体建筑物抗震能力水平。以晋江市抽样建筑物抗震能力评估为例,并结合震害经验论证了该方法的有效性。3、单体建筑物抗震能力研究对于单体建筑物相对抗震能力的研究,基于改进能力谱方法采用层间位移角划分建筑物性态水平,建立了能力曲线与抗震能力的关系,提出了采用定量指标衡量单体建筑物相对抗震能力,并给出了定性的性态水平描述;对于单体建筑物绝对抗震能力的研究,基于两构件体系和等效阻尼的思想,采用能力曲线滞回模型的面积衡量单体建筑物绝对抗震能力,通过统计HAZUS中建筑物滞回面积的概率分布可计算建筑物处于不同设防水平的概率,从而能够判断建筑物的绝对抗震能力,确定建筑物达到预期设防水平的概率。以汶川地震中一栋倒塌、一栋严重破坏的钢筋混凝土框架结构抗震能力分析为例,对比抗震能力分析结果和实际震害以论证本文方法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-16
  1.1 引言  12-13
  1.2 研究现状  13
  1.3 本文研究目的及主要内容  13-16
第二章 Push-over 分析方法与抗震能力研究  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 Push-over 方法原理及其本质  16-25
    2.2.1 水平加载模式  17
    2.2.2 等效单自由度体系[13, 15, 34]  17-20
    2.2.3 能力曲线  20
    2.2.3 需求曲线  20-24
    2.2.4 求解性态点  24-25
  2.3 Push-over 方法在抗震能力研究中的应用  25-29
    2.3.1 能力曲线位移与抗震能力的关系  26-27
    2.3.2 能力曲线滞回面积与抗震能力的关系  27-29
  2.4 小结  29-30
第三章群体建筑物抗震能力研究  30-52
  3.1 引言  30
  3.2 群体建筑物抗震能力的定义  30-31
  3.3 群体建筑物抗震能力评估方法  31-49
    3.3.1 破坏等级和抗震能力指数  31
    3.3.2 地震危险性分析  31-34
    3.3.3 群体建筑物易损性分析方法  34-46
    3.3.4 全概率抗震能力指数  46-47
    3.3.5 抗震能力评估标准  47-48
    3.3.6 抗震能力评估模型  48-49
  3.4 算例分析  49-50
  3.5 小结  50-52
第四章单体建筑物抗震能力研究  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 单体建筑物抗震能力的定义  52-53
  4.3 基于改进能力谱方法的相对抗震能力研究  53-59
    4.3.1 能力曲线与抗震能力指数的关系  53-56
    4.3.2 评定抗震能力  56-57
    4.3.3 算例分析  57-59
  4.4 基于能力曲线滞回模型的绝对抗震能力研究  59-62
    4.4.1 能力曲线滞回模型与抗震能力指数的关系  60
    4.4.2 评定抗震能力  60-61
    4.4.3 算例分析  61-62
  4.5 小结  62-64
第五章结论与展望  64-68
  5.1 本文工作总结  64-65
  5.2 建筑物抗震能力研究展望  65-68
附录  68-74
参考文献  74-76
作者简介  76
攻读硕士期间主要参与的科研项目  76
攻读硕士期间发表的论文  76-77
致谢  77

建筑物抗震能力研究

内容摘要

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