【摘要】：超高層建筑以其巨大的體量、復合的功能,在城市中擔任著重要的角色,對超高層建筑進行準確有效的抗震性能分析顯得尤為重要。發(fā)展合理的地震動強度指標來衡量地震動不確定性,以及在此前提下對結構抗倒塌安全儲備能力的評估和分析,對于超高層建筑抗震設計和性能分析具有積極意義。一方面,在基于性能的地震工程中最常用的方法是建立基于概率的評估方法或框架,其中第一步且重要的一步就是確定用來衡量地震動不確定性的地震動強度指標。另一方面,確定合理的倒塌安全儲備基線以及考慮多種不確定性來源的抗倒塌安全儲備能力評估,對抗倒塌能力的定量化評估以及基于性能的地震工程的發(fā)展具有重要推動作用。本文以如何確定地震動強度指標和建立倒塌安全儲備系數(CMR)兩個關鍵問題為主線,針對超高層建筑結構提出了基于譜加速度考慮高階振型的線性組合型和基于譜速度考慮高階振型的組合型地震動強度指標,篩選了適用于評估加速度敏感型構件地震需求的地震動強度指標,推導了具有不同置信水平的倒塌安全儲備系數可接受值的計算表達式,最后針對超高層建筑進行了考慮建模不確定性的地震倒塌風險評估。主要研究內容和結論如下:(1)提出了一種適用于評估結構損傷的基于譜加速度考慮高階振型的線性組合型地震動強度指標�；谡裥头纸夥�,此地震動強度指標將最優(yōu)組合項數內的譜加速度Sa(Ti)進行疊加,以模態(tài)質量參與系數為加權系數來考慮結構中各個模態(tài)貢獻的相對大小。利用彎剪耦合簡化模型對強度指標與最大層間位移之間的相關性進行參數分析,得到最優(yōu)組合項數與結構基本周期之間的雙線性關系。基于兩組各30條的遠場地震動和近場脈沖型地震動,以四座建筑結構為分析模型進行了驗證。結果表明,該地震動強度指標具有相對較高的有效性、充分性以及調幅魯棒性。(2)針對超高層建筑提出了適用于評估結構損傷的基于譜速度考慮高階振型的組合型地震動強度指標�；趦蓚�典型的框架核心筒超高層建筑,分析了各譜值與最大層間位移角、最大樓面加速度的相關性,發(fā)現了地震動譜速度在長周期段與結構響應相關性優(yōu)于譜加速度和譜位移的特性,并據此提出了基于譜速度組合型地震動強度指標。通過參數分析給出了此地震動強度指標的最優(yōu)組合項和組合系數�；谶h場地震動和近場脈沖型地震動,從有效性、充分性、相對充分度和調幅魯棒性的角度驗證了該地震動強度指標在超高層建筑中的適用性。(3)對比分析了標量型地震動強度指標在評估加速度敏感型非結構構件需求指標峰值樓面加速度(PFA)和樓面加速度反應譜(FARS)時的有效性和充分性。基于遠場地震動和近場脈沖型地震動作用下的兩個典型超高層建筑,分析了各地震動強度指標在預估非結構構件需求指標時的適用性。從有效性和充分性角度來看,適用于FARS與PFA的地震動強度指標截然不同。對于FARS來說任何情況下并沒有一種指標能夠在震級M和震中距R方面均表現出充分性。對于PFA和FARS,所選取的遠場地震動和近場脈沖型地震動對于選擇合適的地震動強度指標有很大的影響,此外,所考慮樓層的位置也是一個影響因素。(4)基于考慮偶然不確定性和認知不確定性兩種不同方法,即平均法和置信水平法,推導了基于倒塌易損性曲線和基于風險的CMR可接受值計算表達式。據此給出了適用于中國規(guī)范的CMR可接受值。與平均法相比,采用置信水平法時可以給出針對特定抗震目標的具有不同置信水平的CMR可接受值。當結構參數設定為中值時,采用平均法計算的CMR可接受值只具有50%置信水平。同等條件(不確定性系數和置信水平)下,基于倒塌易損性曲線的CMR可接受值要小于基于風險的CMR可接受值。(5)以超高層建筑結構為基本研究對象,基于條帶分析法和一次二階矩方法,進行了考慮建模不確定性的地震倒塌風險評估。通過分析確定了條帶分析法中的最優(yōu)地震動水平,給出了超高層建筑抗倒塌能力對8個主要參數的敏感度,計算了建模不確定性系數,并考察了雙向地震動刻畫方式以及地震動強度指標的選取對偶然不確定性的影響。結果表明,在超高層建筑中源于建模參數的不確定性對抗倒塌能力的影響可忽略不計;而偶然不確定性也就是地震動引起的變異性起到決定性作用;選擇合適的地震動強度指標可明顯降低偶然不確定性。
【圖文】：

塌概率ＦＥＭＡＰ６９５［１３］建立了一種評估建筑規(guī)范設計規(guī)定的－致方法，以確保結構最逡逑小的倒塌安全，給出的倒塌安全儲備系數（Ｃｏｌｌａｐｓｅ邋Ｍａｒｇｉｎ邋Ｒａｔｉｏ，邋ＣＭＲ）提供了一種簡潔逡逑直觀地評估結構倒塌安全能力的途徑，其中ＣＭＲ定義為中值倒塌強度與大震強度的比逡逑值�；冢茫停业脑u價方法一經提出受到了各國研究者的青睞，，得到了廣泛的應用１｜４＿１７］。逡逑結構的抗震設計應該具有充分的置信水平來保證其不倒塌。在ＦＥＭＡ３５０［１８］報告中，逡逑從結構整體表現上建議立即使用（１０）和防止倒塌（ＣＰ）兩個性能目標應該分別具有５０％和逡逑９０％的最小置信水平。Ｙｕｎ等提出了一種基于性能的鋼框架抗震性能評估程序，使設逡逑計人員能夠估算出滿足性能目標的置信水平。通過應用此評估方法，可進一步在設計和逡逑分析過程允許明確實現不同性能目標的置信水平［２（）￣２２１。另有研究者給出了具有不同置信逡逑水平的結構年倒塌概率或某地震動水準下的倒塌概率的計算過程［？２６１。然而，目前并沒逡逑有建立起計算具有特定置信水平ＣＭＲ可接受值的方法。因此，本文將針對特定抗震設逡逑防類別的結構建立具有不同置信水平ＣＭＲ可接受值的計算方法，從而滿足不同的抗震逡逑設計需要，進一步基于此進行考慮建模不確定性的超高層建筑結構地震倒塌風險評估，逡逑并考慮地震動強度指標和雙向地震動刻畫方式的影響。逡逑

邐邐逡逑定性（記作如）反映了在結構分析中對所采用的數學模型和工具的認知不足，這其中也涵逡逑蓋了結構在建造階段人為誤差引起的不確定性。總認知不確定性可以將多種不確定性通逡逑過平方和開平方的形式組合得到。ＦＥＭＡＰ６９５１１３］中將倒塌不確定性分為四種，也就是地逡逑震動記錄不確定性0５ｒｔＲ）、設計要求不確定性（／？ｄｒ）、試驗數據不確定性0３ｔｄ）以及建模不逡逑確定性，后三種可以劃歸為認知不確定性。逡逑目前在基于概率的性能評價中，將偶然不確定性和認知不確定性結合到結構的極限逡逑性能評價中（比如倒塌易損性曲線，如圖１．３所示）的方法有兩種，一種是平均法（Ｍｅａｎ逡逑Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ邋Ａｐｐｒｏａｃｈ），另外一種是置信水平法（Ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ邋Ｉｎｔｅｒｖａｌ邋Ｍｅｔｈｏｄ）丨２ｊ＇２４」４］。在這兩逡逑種方法中，均假定偶然不確定性與認知不確定性是相互獨立的［２３１，本文未考慮通過基于逡逑蒙特卡洛方法直接將認知不確定性代入到分析中的情況［９８，９９１。平均法是將兩類不確定性逡逑通過平方和開平方的形式結合在一起，這種方式只改變倒塌易損性曲線的對數標準差，逡逑不改變中值倒塌強度。置信水平法將偶然不確定性與認知不確定性分別考慮，通過假定逡逑中值倒塌強度的概率分布函數可以得到具有不同置信水平的中值倒塌強度。逡逑＾￣
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU973

【參考文獻】

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本文編號：2646763