【摘要】：基于性能的抗震設(shè)計理論提出以來,得到國際上的廣泛重視與研究,目前已成為各國工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范未來的主要發(fā)展方向。考慮到結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計中存在大量的不確定性(如地震動、材料參數(shù)、幾何參數(shù)等),使得基于性能的抗震設(shè)計所追求的性能目標沒有保障。因此,公路橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計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)計背景下,本文從設(shè)計地震動水平、結(jié)構(gòu)抗震性能水平、基于可靠度的性能目標和概率設(shè)計方法等方面介紹了公路橋梁基于概率的抗震性能設(shè)計總體框架。重點研究了規(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)針對公路橋梁提出了實用的基于概率的抗震性能設(shè)計框架。在該框架中,針對我國現(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性不一致的問題,建議設(shè)計基準期統(tǒng)一取為100年,取超越概率分別為86%、19%、10%和4%的四級設(shè)計地震動水平；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)地劃分為四個等級；抗震性能目標規(guī)定為在給定設(shè)計地震動水平下結(jié)構(gòu)超過規(guī)定的抗震性能水平的條件概率,以期解決我國公路橋梁的抗震設(shè)防目標長期沒有規(guī)定預(yù)期的可靠度的問題；采用結(jié)構(gòu)可靠度分析方法,推導了分項系數(shù)與基本變量概率統(tǒng)計特征值、目標可靠度指標之間的函數(shù)關(guān)系,從而建立了公路橋梁基于概率的抗震性能設(shè)計的通用表達式。(2)將公路橋梁中的規(guī)則橋梁抗震性能水平劃分為四個等級,并從鋼筋混凝土橋墩物理損傷角度給出其各性能水平極限狀態(tài)的控制條件�；诘刃Ъ兴苄糟q理論,推導了各性能水平極限狀態(tài)下墩頂側(cè)移率計算公式,并應(yīng)用183個矩形和77個圓形橋墩擬靜力試驗結(jié)果,通過多元回歸分析,得到計算公式中軸壓比、剪跨比和配箍特征值的相應(yīng)系數(shù)�？紤]計算公式中認知不確定性,采用K-S方法,對各性能水平極限狀態(tài)下墩頂側(cè)移率概率分布模型進行分析,結(jié)果表明,在5%重要性水平下概率分布模型服從對數(shù)正態(tài)分布。另外,基于本文收集的橋墩擬靜力試驗數(shù)據(jù)結(jié)果,得到了各性能水平與位移延性系數(shù)限值和標準化滯回能量限值的關(guān)系。最終建立了便于進行概率性抗震性能設(shè)計和評估的規(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累計共同造成的,提出了采用鋼筋凝土橋墩標準化塑性變形與標準化累積滯回耗能組合的改進損傷指標。建議的改進損傷指標在鋼筋混凝土橋墩開始進入屈服時損傷指標為0,在破壞時損傷指標為1,能夠解決Park-Ang損傷指標存在上下界不收斂的問題�；诒疚乃鸭臉蚨諗M靜力試驗數(shù)據(jù)結(jié)果,計算了有限通行和應(yīng)急通行極限狀態(tài)下各橋墩改進損傷指標限值,并通過概率性分析得到改進損傷指標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,本文所提出的改進損傷指標限值相對于Park-Ang損傷指標離散性顯著降低。(4)針對公路橋梁中的規(guī)則橋梁,選擇三類不同場地共2390條地震動記錄,采用增量動力分析方法,計算了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)基本周期對應(yīng)的譜加速度作為地震動強度指標,分別選擇性能設(shè)計參數(shù)(墩頂側(cè)移率、位移延性系數(shù)、標準化滯回能量和改進損傷指標)作為工程需求參數(shù),考察了各工程需求參數(shù)在不同地震動強度水平下的概率分布特征；結(jié)果表明,在不同的地震動強度水平下,墩頂側(cè)移率、位移延性系數(shù)和標準化滯回能量服從對數(shù)正態(tài)分布,改進損傷指標服從標準beta分布。通過回歸分析,建立了規(guī)則橋梁實用的概率地震需求模型；該模型同時適用于三類場地,可大大簡化規(guī)則橋梁基于概率和性能的抗震設(shè)計中的需求計算。(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,推導了基于需求-能力系數(shù)的抗震性能設(shè)計的極限狀態(tài)方程,該方程同時考慮了結(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矩陣可靠指標下需求-能力分項系數(shù)的取值。(6)建立了適應(yīng)我國地震區(qū)劃的地震危險性曲線,在此基礎(chǔ)上,采用全概率理論推導了規(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)計的極限狀態(tài)方程。通過對一座規(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行給定性能目標矩陣可靠指標和給定抗震性能水平年平均超越概率的抗震性能設(shè)計,使基于性能抗震設(shè)計所追求的性能目標更有保障。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U442.55

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本文編號：2270152