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概率及非概率条件下结构易损性分析理论研究

作　者: 何江飞
导　师: 高博青
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 桁架结构弦支结构易损性 H2范数场景识别超越荷载易损性曲线
分类号: TU312.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于意外事件以及人们对作用和抗力认知的不完善,结构可能由此而发生局部失效,进而引起整体或连续倒塌。自从1968年伦敦Ronan Point公寓因第18楼瓦斯爆炸而引起的阳台连续坍塌以来,这种结果与起因“不成比例性”的破坏开始受到各国学者的广泛关注,即结构易损性。本文根据外界干扰的性质,分别从概率性干扰和非概率性干扰两个角度对结构易损性作了以下研究。一方面,针对非概率性干扰,本文采用杆件概念移除的方法,分别以传递函数阵的H2范数及杆件应变能的相对值作为衡量结构整体性能和初始干扰的参数,给出了结构易损性的量化指标,以二维和三维桁架模型作为算例,验证了本文提出的易损性评价指标的有效、可行性。在此基础上,基于破坏场景的定义,由最易破坏场景确定各构件的重要性系数；由最大破坏场景确定结构破坏的最短路径,即关键路径；用最易损场景寻找结构中存在的易损路径,即薄弱环节,结合有限元分析软件ANSYS和数学工具MATLAB计算易损性指标,根据其大小将结构易损性进行等级划分,由倒塌和高度易损等级确定了结构的关键路径和薄弱环节。综上所述,本文提出的易损性评价指标和最短路径搜索方法,为结构的破坏识别提供了一种新的量化评价标准。另一方面,针对超越荷载和罕遇地震等概率性事件,本文以弦支结构为研究对象,考虑结构本身和外荷载的不确定性,分别分析了其在超越荷载和罕遇地震下的易损性。首先,基于蒙特卡洛法和拉丁超立方抽样法,研究活荷载的超越幅度与结构失效概率之间的关系,绘制其静力易损性曲线；其次,基于增量动力时程分析方法,研究不同频率和幅值地震作用与结构失效概率之间的关系,绘制地震倒塌易损性曲线；最后,研究不同预应力水平对其易损性的影响。研究表明：基于易损性曲线可预测结构在超越荷载和罕遇地震下的失效概率；大跨弦支结构易损性较低,同时,适当提高预应力水平,可以改善结构易损性。可为该类结构在不同幅度超越荷载或不同烈度地震下的破坏状态进行评估,同时为地震灾害预计损失评定提供一定的参考价值。

概率及非概率条件下结构易损性分析理论研究

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