層間隔震結構的概率地震損傷及動力可靠度研究.pdf

1、隨著結構抗震技術的發(fā)展，結構抗震設計手段有了顯著的提高，建筑抗震設計規(guī)范對結構設計的要求也逐步得到了提高，其中對隔震與消能減震設計的要求不斷修訂，為推廣隔震技術在實際工程中更廣泛應用，在2010年修訂的建筑抗震設計規(guī)范中，突破了隔震層位置限制的要求，將隔震層位置由“建筑物基礎與上部結構之間”改為“建筑物基礎、底部或下部與上部結構之間”，抑或是突破規(guī)范的限定，將隔震層位置設置在結構中部或中下部。對于該種隔震結構，由于隔震層的位置較基礎隔震

2、結構相對較高，一旦隔震層或是下部子結構失效，其后果將是災難性的，因此，層間隔震結構的安全性和設計準則將是工程界及研究人員需要關注的問題。
　　層間隔震技術在結構中的應用，不是隔震層位置的簡單移動，各子結構的安全性將是確保整個隔震體系安全與隔震功能實現(xiàn)的一個重要環(huán)節(jié)。本文分別利用層間隔震體系的兩質點模型和多質點模型，從新規(guī)范要求及突破規(guī)范限定兩個方面探討層間隔震體系的動力特性：通過控制層間隔震結構特定參數(shù)的單目標和多目標優(yōu)化分析，得

3、到隔震層在結構不同位置時的結構最優(yōu)參量，進而分析結構能量轉移、轉化和耗散機理，以及結構可靠度和響應的靈敏度；考慮層間隔震結構與土相互作用對各子結構動力響應的影響；通過對非線性層間隔震體系的隨機動力分析，揭示了層間隔震結構的易損性規(guī)律及局部損傷失效模式；利用隨機概率密度演化分析理論、隨機響應面等方法，對層間隔震結構的動力可靠度進行了分析，并對其對應的可靠度及響應靈敏度進行了分析，得到了一些有意義的結論。
　　在層間隔震結構優(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)化目標的單目標參數(shù)優(yōu)化方法，以及以基底剪力最小、上下部子結構絕對加速度最小為優(yōu)化目標的多目標參數(shù)優(yōu)化方法，得到體系在不同質量比下的最優(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)模型在不同質量比下能量的傳遞、耗散和轉化關系以及層間隔震體系的機理表現(xiàn)；并利用小波多分辨率分析將地震動加速度分解為多頻段小波分量，討論了各頻段地震信號及結構響

5、應的能量分配。
　　土-結構相互作用及考慮結構平擺效應對層間隔震結構動力特性將會產(chǎn)生影響，基于集總參數(shù)模型建立了土-層間隔震結構相互作用體系運動方程，推導了該隔震體系考慮SSI效應的動力特性簡化計算公式，進而通過對體系動力特性分析，討論了波速參數(shù)和結構高寬比對考慮SSI效應體系反應的影響規(guī)律；其次，分別建立了兩自由度和多自由度平擺動體系層間隔震結構的動力分析模型和運動方程，分析了平擺動層間隔震結構的動力特性、非平穩(wěn)隨機激勵下結構的

6、響應及時、頻域特性。
　　針對層間隔震和柱頂隔震兩種典型形式的隔震結構，基于 Mw-R條帶方法選取16條地震動，利用Opensees分別對兩種結構進行IDA分析，并依據(jù)改進的Park-Ang模型，分析研究了兩種形式的結構在不同地震動作用下的失效模式，進而通過加權秩和比的方法，分析給出具有統(tǒng)計意義的失效模式。
　　通過考慮地震動的不確定性，采用增量動力分析（IDA）方法對比分析了一傳統(tǒng)抗震結構和相應層間隔震結構在近、遠場地震作

7、用下的概率地震危險性及基于性能的地震易損性，分別得到傳統(tǒng)抗震結構和相應層間隔震結構的地震危險性曲線和易損性曲線，給出層間隔震結構的破壞概率；其次，考慮地震動和結構物理參數(shù)不確定性，以中心復合設計方法建立地震動-層間隔震結構樣本，對系統(tǒng)樣本模型進行非線性動力時程分析，分別建立層間隔震結構各子結構的響應面模型，在此基礎上采用蒙特卡洛模擬獲得易損性曲線。
　　簡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算的相關理

8、論。利用此理論知識，考慮層間隔震結構自身隨機參數(shù)，對其動力可靠度進行了分析，采用TVD差分格式給出各子結構隨時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隨機層間隔震結構的動力響應進行分析和預測；考慮層間隔震體系（上部隔震結構、中間層隔震結構、下部隔震結構）隨機參量和地震激勵的不確定性，利用隨機響應面方法，結合基于線性無關原則的概率配點方法，將隱式的結構響應函數(shù)轉換成顯式函數(shù)，在此基礎上利用Monte-Carlo方法分別對三種隔