橋梁抗震概率性設(shè)計(jì)方法的研究.pdf

1、局 濟(jì) 大學(xué) 申 謂 工學(xué) 娜士 學(xué) 位 論 文 ‘橋 架 抗 皿 概 率 性 設(shè) 計(jì) 方 法 的 研究摘 要地震荷載的隨 機(jī)性和結(jié) 構(gòu)本身力學(xué)性能的 不確定 性， 決定了 用概率 觀點(diǎn)來(lái)考 察工程 結(jié) 構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)問(wèn) 題是必要的。 盡管掌握的統(tǒng)計(jì) 資料難以 使橋梁的抗震設(shè)計(jì) 過(guò) 渡到完全 以 動(dòng)力可靠 性為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 階段，但 是利用現(xiàn)有的對(duì)客 觀事 物不確 定性的了 解， 從概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)是可能和合理的，

2、而目 前的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 沒(méi)有考 慮響 應(yīng)和抗力的 統(tǒng)計(jì) 特征， 還基本處于安 全系數(shù)階段。本文旨 在對(duì)以概率為基礎(chǔ)的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行初步的 探討靠 性設(shè)計(jì)的 要求，進(jìn)行了以 下主要工作; 據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可飛 吧 \1 . 利用數(shù)值模擬的方法， 研究了 在隨 機(jī)激勵(lì) 下，體系 在過(guò)渡 階段響應(yīng) 最大值的 概率分布特點(diǎn)，以 及體系的 不確定性對(duì)結(jié) 構(gòu)隨機(jī) 動(dòng)力響 應(yīng)統(tǒng)計(jì) 特征的影響。根據(jù) 橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本思想，在考慮非線性體系的參數(shù)

3、不確定性的情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)延性需求的統(tǒng)計(jì)特征作了系統(tǒng)研究。從動(dòng)力可靠性的角度說(shuō)明了對(duì)于短周期結(jié)構(gòu)，利用延性能力來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力應(yīng)當(dāng) 非常謹(jǐn)慎，并得出了 其它一些有用的結(jié)論。2 . 利用過(guò)鎮(zhèn)海提出的混 凝土多 軸應(yīng)力破壞準(zhǔn)則和高 強(qiáng)約束混 凝土的 試驗(yàn)結(jié)果， 研究了約束混凝土的 極限 抗壓強(qiáng)度， 得出了 約束 應(yīng)力水平與混凝 土極限抗 壓強(qiáng)度之間關(guān)系的回歸公式以 及在高 強(qiáng)混凝土情況下的 折減系數(shù)。3 . 系統(tǒng)考慮了 影響 鋼筋混凝土構(gòu)

4、件在地震作用下抗力統(tǒng)計(jì) 特征的因素， 利用統(tǒng)計(jì) 推斷和數(shù)值模擬的 方法， 研究了影響鋼筋混凝土力學(xué) 特征各種因素的統(tǒng)計(jì) 特征。 基于M a n d e r 提出 的 約束混凝 土模型， 研究了 鋼 筋混 凝土構(gòu)件 在有約束 情況下抗力的 統(tǒng)計(jì)特征，以 及不同地 震設(shè)防 水平下結(jié)構(gòu)抗力的 統(tǒng)計(jì) 特征。4 提出了 橋梁 抗震能力 設(shè)計(jì)方法中 抗剪設(shè)計(jì) 超強(qiáng)系數(shù)的概率 確定方法，并 針對(duì)我國(guó) 橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的具體情況，在不同混凝土強(qiáng)度、 體積含

5、箍率和縱筋含量等情況下，偏安全的 研究了 鋼筋混 凝土截面抗剪強(qiáng)度、 抗彎超強(qiáng)能力的 概率分布 特征， 在此基礎(chǔ)上，確定了 鋼筋混凝土墩柱能力設(shè)計(jì)中 超強(qiáng)系數(shù)的取值。5 . 針對(duì)橋梁抗震的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法， 對(duì)我國(guó) 橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 進(jìn)行了動(dòng)力可靠性評(píng)估。指出 忽略體系地震響 應(yīng)的 變異性會(huì)造 成橋梁結(jié)構(gòu)在地震作 用下的可 靠性不 統(tǒng)一。通過(guò)分析說(shuō)明了 對(duì)現(xiàn)階段的抗震強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法進(jìn)行可靠度設(shè)計(jì)的方法。6 總結(jié)了國(guó)內(nèi) 外對(duì)橋梁抗震安 全標(biāo)準(zhǔn)的

6、 不同 認(rèn)識(shí) 觀點(diǎn)。 從實(shí)際 震害和分析手段的 角度，說(shuō)明了 由于 名義可靠 度與實(shí)際可靠 度之間的差異， 現(xiàn)階段 橋梁抗震安全標(biāo)準(zhǔn)的確定同 濟(jì)大學(xué)申 動(dòng)工學(xué) 博士 學(xué) 位論文: 橋梁 杭， 概 卒性設(shè) 計(jì)方法的 研究Ab s t r a c tT h e r a n d o m n e s s o f s e i s m i c l o a d a n d t h e u n c e r t a i n t y o f

7、 s t r u c t u r a l m e c h a n i c sc h a r a c t e r i s t i c s m a k e i t n e c e s s a r y t o c o n s i d e r t h e s e i s m i c d e s i g n o f b r i d g e s t r u c t u r e s f r o m t h ep o i n

8、 t o f r e l i a b i l i t y . A l t h o u g h t h e k n o w n s t a t i s t i c s i s n o t a d e q u a t e f o r t h e c u r r e n t s e i s m i c d e s i g nm e t h o d t o t r a n s i t f r o m t h

9、e s a f e t y f a c t o r s t a g e t o t h e d y n a m i c r e l i a b i l i t y - b a s e d d e s i g n m e t h o d , i t i s p o s s i b l e a n d r e a s o n a b l e t o g u i d e t h e s e i s m i c

10、 d e s i g n m e t h o d w i t h t h e k n o w l e d g e o f t h eu n c e r t a i n t y e x i s t i n g i n e a r t h q u a k e e n g i n e e r i n g . T h e c u r r e n t s e i s m i c d e s i g n c o d

11、e s h a v e n e g l e c t e dt h e s t a t i s t i c s p r o p e r t i e s o f s e i s m i c r e s p o n s e o f s t r u c t u r e a n d t h e r e s i s t a n c e o f s t r u c t u r e s , a n d s t i l l

12、r e m a i n i n t h e s t a g e o f s a f e t y f a c t o r .T h e p u r p o s e o f t h e d i s s e r t a t i o n i s t o c a r r y o u t p r e l i m i n a r y s t u d y o n t h e d e v e l o p m e n

13、t o fr e l i a b i l i t y - b a s e d s e i s m i c d e s i g n m e t h o d f o r b r i d g e s t r u c t u r e s . A c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t s o fs t r u c t u r a l r e l i a b i l

14、 i t y d e s i g n, t h e f o l l o w i n g w o r k s h a v e b e e n d o n e i n t h i s d i s s e r t a t i o n :Wi t h M o n t e C a r l o s i m u l a t i o n , t h e p r o b a b i l i s t i c d i s t

15、r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a x i m u md i s p l a c e m e n t r e s p o n s e i n t h e t r a n s i t i o n s t a g e u n d e r r a n d o m e x c i t a t i o n i s s t u d i e

16、 d . T h e e f e c t s o f t h e u n c e r t a i n t y o f s t r u c t u r e o n t h e r a n d o m r e s p o n s e f e a t u r e a r e a l s o i n c l u d e d .A c c o r d i n g t o t h e p r i n c i p l

17、 e o f s t r u c t u r a l s e i s m i c d e s i g n m e t h o d , a s y s t e m a t i c s t u d y o n t h es t a t i s t i c s p r o p e r t i e s o f d u c t i l e r e s p o n s e o f s t r u c t u r e

18、s i s c o n d u c t e d , a n d s o m e h e l p f u lc o n c l u s i o n a r e r e a c h e d .B a s e d o n t h e c o n c r e t e f a i l u r e c r i t e r i a u n d e r m u l t i - a x i a l s t r e s s e

19、 s p r o p o s e d b y G u o a n d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f c o n f i n e d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e , t h e u l t i m a t e c o m p r e s s i o n s t r e n g t ho f

20、 c o n f i n e d c o n c r e t e i s s t u d i e d . A r e g r e s s i o n f o r m u l a t i o n o f t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nc o n f i n i n g s t r e s s l e v e l ， t h e u l t i m a t e

21、 s t r e n g t h o f c o n f i n e d c o n c r e t e a n d d i s c o u n t f a c t o r f o r h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e a r e p r o p o s e d .T h e i n f l u e n t i a l f a c t o r s t o t

22、 h e s t a t i s t i c s p r o p e r t y o f t h e r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e e l e m e n t u n d e r s e i s m i c l o a d a r e s y s t e m a t i c a l l y c o n s i d e r

23、 e d . W i t h t h e m e t h o d o f s t a t i s t i c s r e a s o n i n g a n d M o n t e C a r l o s i m u l a t i o n , b a s e d o n t h e c o n f i n e d c o n c r e t e m o d e l p r o p o s e d b

24、yM a n d e r , t h e s t a t i s t i c s p r o p e r t i e s o f t h e r e s i s t a n c e o f R C s t r u c t u r e s u n d e r d i f e r e n t s e i s m i cf o r t i f i c a t i o n l e v e l s a r e s t

25、 u d i e d .A p r o b a b i l i s t i c m e t h o d o f d e t e r m i n i n g t h e o v e r s t r e n g t h f a c t o r i n t h e s h e a r c a p a c i t yp r o t e c t i o n d e s i g n i s s u g g e s t e

26、 d . B a s e d o n t h e c u r r e n t d e s i g n c o d e f o r R C b r i d g e s o f C h i n a , w i t h d i f f e r e n t d e s i g n p a r a m e t e r s , t h e p r o b a b i l i s t i c p r o p e r

27、t i e s o f s h e a r s t r e n g t h a n do v e r s t r e n g t h f l e x u r a l m o m e n t a r e c o n s e r v a t i v e l y s t u d i e d a n d t h e v a l u e o f o v e r s t r e n g t hf a c t o r i