層間隔震結(jié)構(gòu)的概率地震損傷及動(dòng)力可靠度研究.pdf

1、隨著結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)手段有了顯著的提高，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也逐步得到了提高，其中對(duì)隔震與消能減震設(shè)計(jì)的要求不斷修訂，為推廣隔震技術(shù)在實(shí)際工程中更廣泛應(yīng)用，在2010年修訂的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，突破了隔震層位置限制的要求，將隔震層位置由“建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間”改為“建筑物基礎(chǔ)、底部或下部與上部結(jié)構(gòu)之間”，抑或是突破規(guī)范的限定，將隔震層位置設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部或中下部。對(duì)于該種隔震結(jié)構(gòu)，由于隔震層的位置較基礎(chǔ)隔震

2、結(jié)構(gòu)相對(duì)較高，一旦隔震層或是下部子結(jié)構(gòu)失效，其后果將是災(zāi)難性的，因此，層間隔震結(jié)構(gòu)的安全性和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則將是工程界及研究人員需要關(guān)注的問題。
　　層間隔震技術(shù)在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，不是隔震層位置的簡(jiǎn)單移動(dòng)，各子結(jié)構(gòu)的安全性將是確保整個(gè)隔震體系安全與隔震功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文分別利用層間隔震體系的兩質(zhì)點(diǎn)模型和多質(zhì)點(diǎn)模型，從新規(guī)范要求及突破規(guī)范限定兩個(gè)方面探討層間隔震體系的動(dòng)力特性：通過控制層間隔震結(jié)構(gòu)特定參數(shù)的單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化分析，得

3、到隔震層在結(jié)構(gòu)不同位置時(shí)的結(jié)構(gòu)最優(yōu)參量，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和耗散機(jī)理，以及結(jié)構(gòu)可靠度和響應(yīng)的靈敏度；考慮層間隔震結(jié)構(gòu)與土相互作用對(duì)各子結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響；通過對(duì)非線性層間隔震體系的隨機(jī)動(dòng)力分析，揭示了層間隔震結(jié)構(gòu)的易損性規(guī)律及局部損傷失效模式；利用隨機(jī)概率密度演化分析理論、隨機(jī)響應(yīng)面等方法，對(duì)層間隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠度進(jìn)行了分析，并對(duì)其對(duì)應(yīng)的可靠度及響應(yīng)靈敏度進(jìn)行了分析，得到了一些有意義的結(jié)論。
　　在層間隔震結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能量

4、分析方面，基于帶有精英策略的非支配排序遺傳算法（NSGA-Ⅱ）分別建立了以基底剪力最小為優(yōu)化目標(biāo)的單目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化方法，以及以基底剪力最小、上下部子結(jié)構(gòu)絕對(duì)加速度最小為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化方法，得到體系在不同質(zhì)量比下的最優(yōu)頻率比和最優(yōu)阻尼比，從能量和功率角度分別分析了體系最優(yōu)參數(shù)模型在不同質(zhì)量比下能量的傳遞、耗散和轉(zhuǎn)化關(guān)系以及層間隔震體系的機(jī)理表現(xiàn)；并利用小波多分辨率分析將地震動(dòng)加速度分解為多頻段小波分量，討論了各頻段地震信號(hào)及結(jié)構(gòu)響

5、應(yīng)的能量分配。
　　土-結(jié)構(gòu)相互作用及考慮結(jié)構(gòu)平擺效應(yīng)對(duì)層間隔震結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性將會(huì)產(chǎn)生影響，基于集總參數(shù)模型建立了土-層間隔震結(jié)構(gòu)相互作用體系運(yùn)動(dòng)方程，推導(dǎo)了該隔震體系考慮SSI效應(yīng)的動(dòng)力特性簡(jiǎn)化計(jì)算公式，進(jìn)而通過對(duì)體系動(dòng)力特性分析，討論了波速參數(shù)和結(jié)構(gòu)高寬比對(duì)考慮SSI效應(yīng)體系反應(yīng)的影響規(guī)律；其次，分別建立了兩自由度和多自由度平擺動(dòng)體系層間隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析模型和運(yùn)動(dòng)方程，分析了平擺動(dòng)層間隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、非平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的

6、響應(yīng)及時(shí)、頻域特性。
　　針對(duì)層間隔震和柱頂隔震兩種典型形式的隔震結(jié)構(gòu)，基于 Mw-R條帶方法選取16條地震動(dòng)，利用Opensees分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行IDA分析，并依據(jù)改進(jìn)的Park-Ang模型，分析研究了兩種形式的結(jié)構(gòu)在不同地震動(dòng)作用下的失效模式，進(jìn)而通過加權(quán)秩和比的方法，分析給出具有統(tǒng)計(jì)意義的失效模式。
　　通過考慮地震動(dòng)的不確定性，采用增量動(dòng)力分析（IDA）方法對(duì)比分析了一傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)和相應(yīng)層間隔震結(jié)構(gòu)在近、遠(yuǎn)場(chǎng)地震作

7、用下的概率地震危險(xiǎn)性及基于性能的地震易損性，分別得到傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)和相應(yīng)層間隔震結(jié)構(gòu)的地震危險(xiǎn)性曲線和易損性曲線，給出層間隔震結(jié)構(gòu)的破壞概率；其次，考慮地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)物理參數(shù)不確定性，以中心復(fù)合設(shè)計(jì)方法建立地震動(dòng)-層間隔震結(jié)構(gòu)樣本，對(duì)系統(tǒng)樣本模型進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析，分別建立層間隔震結(jié)構(gòu)各子結(jié)構(gòu)的響應(yīng)面模型，在此基礎(chǔ)上采用蒙特卡洛模擬獲得易損性曲線。
　　簡(jiǎn)要介紹了概率密度演化方程的建立、求解方法和基于首次超越理論可靠度計(jì)算的相關(guān)理

8、論。利用此理論知識(shí)，考慮層間隔震結(jié)構(gòu)自身隨機(jī)參數(shù)，對(duì)其動(dòng)力可靠度進(jìn)行了分析，采用TVD差分格式給出各子結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的概率密度演化過程；試圖利用概率密度演化方法對(duì)隨機(jī)層間隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)；考慮層間隔震體系（上部隔震結(jié)構(gòu)、中間層隔震結(jié)構(gòu)、下部隔震結(jié)構(gòu)）隨機(jī)參量和地震激勵(lì)的不確定性，利用隨機(jī)響應(yīng)面方法，結(jié)合基于線性無關(guān)原則的概率配點(diǎn)方法，將隱式的結(jié)構(gòu)響應(yīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成顯式函數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用Monte-Carlo方法分別對(duì)三種隔