橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能概率性分析方法研究.pdf

1、目前，基于性能的抗震設(shè)計已逐步成為工程抗震領(lǐng)域的主要研究課題，無論在建筑工程還是橋梁工程界均受到廣泛關(guān)注?？紤]到地面運動的巨大不確定性和橋梁結(jié)構(gòu)組成幾何、材料的隨機性，其地震響應(yīng)和抗震能力均具有隨機性的特點，因而橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計應(yīng)建立于概率方法之上。本文綜合分析、評價了當前工程結(jié)構(gòu)抗震和基于性能抗震設(shè)計方法的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，考慮地面運動的隨機性和結(jié)構(gòu)特性的隨機性，對橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的概率性分析方法進行了較為系統(tǒng)的研究。

2、主要對橋梁基于性能的抗震設(shè)防標準、鋼筋混凝土延性構(gòu)件抗震性能指標的概率特性、地震危險性曲線的建立、結(jié)構(gòu)隨機非彈性響應(yīng)譜、靜力彈塑性分析方法的改進、橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能可靠度的分析方法等方面進行了研究，所獲得的主要研究成果如下：
　　 1)對建立橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)防標準中需要考慮的幾個問題進行了探討，結(jié)合國內(nèi)外各種抗震設(shè)計規(guī)范中關(guān)于抗震設(shè)防標準的規(guī)定，考慮我國的實際情況，對我國基于性能的抗震設(shè)防標準提出了建議，提出了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)防

3、地震水準、抗震性能水準、抗震重要性的劃分標準及不同橋梁的抗震性能目標。
　　 2)對鋼筋混凝土延性構(gòu)件提出了五種損傷狀態(tài)、四種極限狀態(tài)的性能水準定義，并從微觀上給出各個極限狀態(tài)的應(yīng)變控制指標；然后以鋼筋和混凝土的力學(xué)特性及其統(tǒng)計特性為基礎(chǔ)，針對圓截面鋼筋混凝土延性構(gòu)件各個性能等級下的強度及界限變形特征進行概率分析，得到各個性能等級下構(gòu)件界限性能指標的概率分布特征，提出了便于進行概率性抗震性能分析的構(gòu)件各級性能指標的回歸公式和概率

4、分布模型。
　　 3)以地震安全性評價的概率法為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)行《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》的編圖成果，根據(jù)地震烈度和地震加速度的統(tǒng)計概率分布公式，建立了一定年限內(nèi)不同超越概率水平的地震烈度和地震動加速度與基本烈度和基本加速度之間的換算關(guān)系，從而獲得以規(guī)范為基礎(chǔ)的地震危險性曲線；同時，推導(dǎo)了以不同年限表達的地震危險性曲線之間的關(guān)系。
　　 4)對人工合成地震波的方法進行了改進。首先采用精細積分法計算地震波的反應(yīng)譜，提高了地震波

5、在高頻區(qū)段的擬合精度，然后采用高次多項式進行地震波的基線校正，使所合成的地震波有效消除了位移和速度的漂移現(xiàn)象。
　　 5)以隨機地震動模型為基礎(chǔ)，確定了與現(xiàn)行《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2001)》的基本加速度分檔和場地類別及特征周期分組相容的隨機地震動模型參數(shù)。進而基于隨機振動理論得到與設(shè)計規(guī)范相容的基于隨機地震動模型的隨機彈性反應(yīng)譜。
　　 6)利用歷次破壞性地震中所獲得的1064條強震記錄，根據(jù)我國的場

6、地類別和設(shè)計特征周期分組進行分類，對單自由度彈塑性系統(tǒng)的非線性地震響應(yīng)進行計算；基于Nassar&Krawinkler所提出的強度折減系數(shù)模型，對計算結(jié)果進行統(tǒng)計回歸分析，獲得了與我國設(shè)計規(guī)范相容的強度折減系數(shù)模型。根據(jù)所獲得的強度折減系數(shù)模型對隨機彈性反應(yīng)譜進行折減，從而獲得了各種隨機非彈性反應(yīng)譜。
　　 7)以Chopra提出的模態(tài)Pushover方法為基礎(chǔ)，基于地震荷載的Chopra分解和結(jié)構(gòu)能量平衡方程，推得某階模態(tài)荷載

7、作用下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所輸入能量全部轉(zhuǎn)化為該階模態(tài)所吸收能量的結(jié)論，并推導(dǎo)了增量模態(tài)荷載作用下結(jié)構(gòu)能量增量與譜位移增量和譜加速度增量之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了基于能量的Pushover方法。采用所提出的方法對一座連續(xù)剛構(gòu)橋進行了抗震性能分析，結(jié)果表明所提出的方法適應(yīng)性較好，可以適用于較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線性抗震性能分析。
　　 8)綜合運用關(guān)于抗震性能劃分標準、抗震性能變形控制指標的概率特性、地震危險性分析成果、隨機非彈性地震響應(yīng)的簡化計算

8、方法等的研究成果，建立了橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的概率性分析方法。
　　 9)以一座實際橋梁為工程背景，對該橋的抗震性能進行了概率性分析，分別計算了確定強度地震作用下和50年基準期內(nèi)地震作用下各種極限狀態(tài)的抗震可靠度。結(jié)果表明，所提出的方法計算簡便，適應(yīng)性強，避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震可靠性分析中因需要進行大規(guī)模Monte Carlo模擬、計算量過大而導(dǎo)致分析難以進行的困難。所提出的方法可以用于基于變形破壞準則的大震下結(jié)構(gòu)抗震性能的概率性分析。