中小学多层框架结构地震易损性和可靠性研究

摘要

现如今建筑物的功能和结构形式越来越复杂,针对不同重要性的结构进行不同级别的抗震设计,或针对不同用途建筑结构的抗震能力进行较准确的估计,对于减少地震灾害损失变得至关重要,例如关系到大量少年儿童生命安全的中小学教学用建筑。而对结构进行地震易损性和可靠性分析是这一工作的前提基础。结合近年来发生在我国的大地震中,中小学教学用多层框架结构破坏严重的背景,本文研究了分别按照现行规范设计、按照上一代规范设计以及按照上一代规范设计且经过翼墙加固的此三类结构的地震易损性和可靠性,并对规范对此类结构的改进以及翼墙加固方法的效果做了对比分析。该分析研究为提高此类建筑的地震安全性、制定相应的防灾减灾措施提供了必要的基础。
　　本文首先对结构地震可靠度的发展做了回顾,然后对当前计算结构可靠度的几种方法做了介绍和分类总结,将这些方法分为以下四大类:基于功能函数、不适用于复杂结构系统的一次二阶矩法;适用面较广,但计算量较大的基于统计学方法的蒙特卡洛法;结合以上两种方法的响应面法;将地震发生概率作为已知概率分布,而直接进行概率密度积分的方法。选取第四大类方法中的概率 Pushover分析方法,并对该方法进行了改进,作为本文进行结构地震易损性和可靠性分析的方法。首先介绍了概率 Pushover分析方法的理论基础,即反应谱随机化理论和 Pushover分析方法;然后解决了结构自身随机变量等概率采样的问题,改进了ATC-40中计算结构等效周期的方法,使其更加适用于大量计算结构样本的要求;最后完善了概率 Pushover方法的各步骤,使其完整衔接和有机结合,并以 OpenSees为平台,完成了改进的概率 Pushover分析方法的计算程序。运用该程序,进行了按上一代规范和按现行规范设计的中小学教学用多层框架结构,以及按上一代规范设计的翼墙加固后的此类结构地震易损性和可靠性的对比分析。在这一过程中,本文首先对两代规范中多层钢筋混凝土框架结构的相关设计条文进行了详细的对比;并参照两代规范按照Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度设防设计了南方地区中小学常用的多层框架结构教学用建筑,以及采用翼墙加固设计的此类结构作为分析用代表性结构;然后,利用本文编写的程序,计算得到了各代表性结构的地震易损性曲线和地震可靠度;最后对各代表性结构的地震易损性和可靠性做了对比分析;此外,本文还按照新版规范设计了丙类设防的一般建筑,将其地震易损性和可靠性与上述各代表性结构的计算结果进行了对比分析。最终得出了以下结论:对于中小学教学用建筑,在Ⅵ度和Ⅶ度设防地区,对按照上一代规范设计的结构进行翼墙加固可以达到现行规范设计结构的可靠度水平,而在Ⅷ度和Ⅸ度设防地区,翼墙加固的效果达不到使用现行规范设计结构的水平;而对于一般建筑,在Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度设防地区,对按照上一代规范设计的结构进行翼墙加固可以达到现行规范设计结构的可靠度水平,而在Ⅸ度设防地区,翼墙加固的效果达不到使用现行规范设计结构的可靠度水平。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 结构地震可靠度研究的发展和现状

1.3 各章主要内容及安排

第二章 基于OpenSees的概率Pushover分析

2.1 结构可靠度基本概念

2.2 地震荷载施加方法

2.3 概率 Pushover分析方法

2.4 基于 OpenSees的概率 Pushover分析方法

2.5 小结

第三章 中小学多层框架结构地震易损性分析

3.1 引言

3.2 代表性结构的数值模拟

3.3 规范对比

3.4 代表性结构设计

3.5 结构地震易损性对比分析

3.6 本章小结

第四章 中小学多层框架结构地震可靠性分析

4.1 结构可靠性分析过程

4.2 结构可靠性分析结果及对比

4.3 本章小结

第五章 一般多层普通建筑的翼墙加固效果分析

5.1 引言

5.2 代表性结构信息

5.3 结构地震易损性和可靠性分析

5.4 本章小结

第六章 结语

6.1 全文工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间参加的科研项目