發(fā)布時(shí)間：2018-10-14 10:15

【摘要】：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論提出以來(lái),得到國(guó)際上的廣泛重視與研究,目前已成為各國(guó)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范未來(lái)的主要發(fā)展方向�？紤]到結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)中存在大量的不確定性(如地震動(dòng)、材料參數(shù)、幾何參數(shù)等),使得基于性能的抗震設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)沒(méi)有保障。因此,公路橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)必須建立在可靠度理論的框架下。在基于概率和性能的抗震設(shè)計(jì)背景下,本文從設(shè)計(jì)地震動(dòng)水平、結(jié)構(gòu)抗震性能水平、基于可靠度的性能目標(biāo)和概率設(shè)計(jì)方法等方面介紹了公路橋梁基于概率的抗震性能設(shè)計(jì)總體框架。重點(diǎn)研究了規(guī)則橋梁概率抗震能力模型、概率地震需求模型和在給定性能目標(biāo)可靠度下性能極限狀態(tài)方程的建立。主要工作和研究成果如下：(1)針對(duì)公路橋梁提出了實(shí)用的基于概率的抗震性能設(shè)計(jì)框架。在該框架中,針對(duì)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中同一地震區(qū)不同抗震設(shè)防類別橋梁遭遇的地震危險(xiǎn)性不一致的問(wèn)題,建議設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期統(tǒng)一取為100年,取超越概率分別為86%、19%、10%和4%的四級(jí)設(shè)計(jì)地震動(dòng)水平；考慮橋梁震后預(yù)期將發(fā)揮的使用功能,將其抗震性能水平按正常通行、有限通行、應(yīng)急通行和禁止通行等功能要求相應(yīng)地劃分為四個(gè)等級(jí)；抗震性能目標(biāo)規(guī)定為在給定設(shè)計(jì)地震動(dòng)水平下結(jié)構(gòu)超過(guò)規(guī)定的抗震性能水平的條件概率,以期解決我國(guó)公路橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)長(zhǎng)期沒(méi)有規(guī)定預(yù)期的可靠度的問(wèn)題；采用結(jié)構(gòu)可靠度分析方法,推導(dǎo)了分項(xiàng)系數(shù)與基本變量概率統(tǒng)計(jì)特征值、目標(biāo)可靠度指標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系,從而建立了公路橋梁基于概率的抗震性能設(shè)計(jì)的通用表達(dá)式。(2)將公路橋梁中的規(guī)則橋梁抗震性能水平劃分為四個(gè)等級(jí),并從鋼筋混凝土橋墩物理?yè)p傷角度給出其各性能水平極限狀態(tài)的控制條件�；�于等效集中塑性鉸理論,推導(dǎo)了各性能水平極限狀態(tài)下墩頂側(cè)移率計(jì)算公式,并應(yīng)用183個(gè)矩形和77個(gè)圓形橋墩擬靜力試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)多元回歸分析,得到計(jì)算公式中軸壓比、剪跨比和配箍特征值的相應(yīng)系數(shù)�？紤]計(jì)算公式中認(rèn)知不確定性,采用K-S方法,對(duì)各性能水平極限狀態(tài)下墩頂側(cè)移率概率分布模型進(jìn)行分析,結(jié)果表明,在5%重要性水平下概率分布模型服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。另外,基于本文收集的橋墩擬靜力試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果,得到了各性能水平與位移延性系數(shù)限值和標(biāo)準(zhǔn)化滯回能量限值的關(guān)系。最終建立了便于進(jìn)行概率性抗震性能設(shè)計(jì)和評(píng)估的規(guī)則橋梁概率抗震能力模型。(3)考慮結(jié)構(gòu)損傷由地震作用首次超越和反復(fù)累計(jì)共同造成的,提出了采用鋼筋凝土橋墩標(biāo)準(zhǔn)化塑性變形與標(biāo)準(zhǔn)化累積滯回耗能組合的改進(jìn)損傷指標(biāo)。建議的改進(jìn)損傷指標(biāo)在鋼筋混凝土橋墩開(kāi)始進(jìn)入屈服時(shí)損傷指標(biāo)為0,在破壞時(shí)損傷指標(biāo)為1,能夠解決Park-Ang損傷指標(biāo)存在上下界不收斂的問(wèn)題�；�于本文搜集的橋墩擬靜力試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果,計(jì)算了有限通行和應(yīng)急通行極限狀態(tài)下各橋墩改進(jìn)損傷指標(biāo)限值,并通過(guò)概率性分析得到改進(jìn)損傷指標(biāo)限值的概率分布模型及概率特征值。結(jié)果表明,在有限通行和應(yīng)急通行極限狀態(tài)下,本文所提出的改進(jìn)損傷指標(biāo)限值相對(duì)于Park-Ang損傷指標(biāo)離散性顯著降低。(4)針對(duì)公路橋梁中的規(guī)則橋梁,選擇三類不同場(chǎng)地共2390條地震動(dòng)記錄,采用增量動(dòng)力分析方法,計(jì)算了8座具有代表性的規(guī)則橋梁樣本的地震需求。選擇阻尼比為5%、與結(jié)構(gòu)基本周期對(duì)應(yīng)的譜加速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo),分別選擇性能設(shè)計(jì)參數(shù)(墩頂側(cè)移率、位移延性系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化滯回能量和改進(jìn)損傷指標(biāo))作為工程需求參數(shù),考察了各工程需求參數(shù)在不同地震動(dòng)強(qiáng)度水平下的概率分布特征；結(jié)果表明,在不同的地震動(dòng)強(qiáng)度水平下,墩頂側(cè)移率、位移延性系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化滯回能量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,改進(jìn)損傷指標(biāo)服從標(biāo)準(zhǔn)beta分布。通過(guò)回歸分析,建立了規(guī)則橋梁實(shí)用的概率地震需求模型；該模型同時(shí)適用于三類場(chǎng)地,可大大簡(jiǎn)化規(guī)則橋梁基于概率和性能的抗震設(shè)計(jì)中的需求計(jì)算。(5)在第二章提出的公路橋梁基于概率的抗震性能設(shè)計(jì)框架下,根據(jù)第三章和第四章建立的規(guī)則橋梁概率抗震能力模型和概率地震需求模型,采用一次二階矩理論,推導(dǎo)了基于需求-能力系數(shù)的抗震性能設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)方程,該方程同時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)地震需求和抗震能力的不確定性,并且可以得到在給定性能目標(biāo)矩陣可靠指標(biāo)下需求-能力分項(xiàng)系數(shù)的取值。(6)建立了適應(yīng)我國(guó)地震區(qū)劃的地震危險(xiǎn)性曲線,在此基礎(chǔ)上,采用全概率理論推導(dǎo)了規(guī)則橋梁給定抗震性能水平年平均超越概率的解析表達(dá)式。為了便于工程應(yīng)用,將其轉(zhuǎn)化為基于需求—能力系數(shù)的抗震性能設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)方程。通過(guò)對(duì)一座規(guī)則橋梁的案例分析,表明本文所提出的方法可以方便地進(jìn)行給定性能目標(biāo)矩陣可靠指標(biāo)和給定抗震性能水平年平均超越概率的抗震性能設(shè)計(jì),使基于性能抗震設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)更有保障。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U442.55

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本文編號(hào)：2270152