基于失效损失期望的钢筋混凝土框架抗震设计参数优化

摘要

本文在基于性能的抗震设计方法和工程软设计理论的指导下，提出了基于失效损失期望的结构优化模型。通过分析框架结构体系在地震下的失效模式以及破坏损伤程度，以结构在设计使用寿命全过程费用最低为目标函数，对框架结构抗震设计当中的若干设计参数进行了研究分析。所做的工作主要有以下一些方面： (1)讨论比较了结构的一般优化模型和基于可靠度的优化模型之间的优缺点，并且根据结构体系不同失效模式的相对重要性以及结构在不同强度地震作用下的破坏程度和经济损失不同这一重要工程事实，提出了基于失效损失期望的结构优化模型。 (2)分析比较了各国规范关于“强柱弱梁”这一抗震概念设计的规定。用Matlab编制了改进的分枝限界程序来识别钢筋混凝土框架结构在“小震”作用下的主要失效模式及其失效概率。预测了在地震作用下不同的失效机构形成后所造成的损失情况，对“强柱弱梁”的合理目标可靠度进行了研究，并且结合一算例优化了钢筋混凝土结构抗震设计中的柱弯矩增大系数。 (3)将梁、柱构件看成由剪切破坏和弯曲破坏组成的串联体系，前者属于脆性破坏；后者属于延性破坏，失效后造成的损失情况前者远远大于后者。基于这一事实，运用Matlab编制了MonteCarlo随机模拟程序，对钢筋混凝土构件“强剪弱弯”的剪力增大系数进行了优化分析，并对规范的取值进行了建议。在分析过程中重点讨论了柱的初始偏心矩e0的统计参数。 (4)基于钢筋混凝土结构在地震作用下的损伤指数分析方法和以往结构的震害调查资料，将结构的损伤指数和灾害损失值之间的定量关系连续化，可用来对设计结构或已建结构的震害进行预测。结合一八层三跨钢筋混凝土框架算例，讨论了柱的轴压比对剪切型框架结构抗震延性的影响，并对底层柱轴压比进行了优化。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1前言

1.2结构基于性能设计的理论

1.2.1结构性能设计的特点

1.2.2结构性能设计的主要内容

1.2.3基于性能抗震设计方法与现行抗震设计方法的区别与联系

1.3工程软设计理论

1.4本文主要研究内容

第2章基于可靠度的结构优化模型

2.1引言

2.2结构可靠度的基本概念

2.2.1结构的功能函数和极限状态

2.2.2结构的可靠度和可靠指标

2.3结构优化设计的一般模型

2.4基于可靠度的结构优化设计模型

第3章框架结构的“强柱弱梁”研究

3.1引言

3.2国内外规范关于“强柱弱梁”的具体规定及其分析

3.3结构主要失效模式及代表机构的识别

3.3.1结构主要失效模式的识别方法

3.3.2分枝限界法的理论和分析步骤

3.3.3对分枝限界法的讨论和改进

3.3.4主要失效模式之间的相关性以及代表机构的确定

3.4地震作用下工程结构的震害预测

3.5算例分析

第4章框架梁柱的“强剪弱弯”研究

4.1引言

4.2梁柱构件作为体系的形式和特点

4.3 Monte Carlo模拟法(MCS)

4.3.1 Monte Carlo法简介

4.3.2结构可靠度模拟的基本方法

4.3.3缩减方差的高效抽样方法

4.4钢筋混凝土梁的“强剪弱弯”分析

4.4.1钢筋混凝土梁受弯与受剪的极限状态方程

4.4.2随机变量的统计参数

4.4.3钢筋混凝土梁“强剪弱弯”分析步骤

4.4.4优化分析结果

4.5钢筋混凝土柱“强剪弱弯”分析

4.5.1钢筋混凝土柱压弯和受剪的极限状态方程

4.5.2随机变量的统计参数

4.5.3钢筋混凝土柱“强剪弱弯”优化分析的步骤和结果

第5章基于损伤性能的剪切型框架轴压比优化

5.1引言

5.2剪切型框架结构的损伤指数分析

5.2.1抗震结构的破坏准则

5.2.2损伤指数的定义以及范围

5.2.3剪切型框架结构的地震损伤模型

5.2.4地震损伤模型参数的简化计算方法

5.3地震烈度的概率分析

5.4剪切型框架的轴压比优化

5.4.1轴压比优化的可行性

5.4.2算例分析

结论

参考文献

致谢

附录A攻读硕士学位期间发表的论文