基于位移的混凝土坝地震易损性分析

摘要

地震荷载会导致混凝土坝发生不同程度的损坏，因此进行混凝土坝抗震安全研究工作具有非常重要的意义。地震易损性分析的结果能用于评估混凝土坝在不同等级地震荷载作用下发生不同程度破坏的概率，可为混凝土坝抗震安全评价以及抗震设计提供依据。本文在进行混凝土坝地震易损性时，以混凝土坝位移作为易损性指标，并给出了相应的破坏等级划分标准，建立了基于位移的混凝土坝地震易损性研究方法，本文的研究内容主要分为以下三部分： (1)针对粘弹性人工边界在进行混凝土坝动力响应计算时前处理时间较长，提出了基于薄层单元的粘弹性人工边界的模拟。将薄层单元理论与粘弹性人工边界理论相结合，依据单元矩阵等效原理，通过薄层单元构造等效粘弹性边界单元。通过在有限元软件中设置薄层单元的参数属性，实现了粘弹性人工边界的模拟。最后通过某混凝土重力坝工程实例对该方法进行了精度验证，相关结果可对水工结构抗震分析提供借鉴。 (2)建立了坝体—地基系统有限元模型，将LHC拉丁超立方抽样与数值方法相结合构造坝体—地基系统的地震易损性曲线，地震动的输入为不同震级下的实测地震波，采用LHC抽样考虑坝体以及地基材料参数的随机性，并以坝趾沿建基面的累积滑动位移为易损性指标。采用正交试验对易损性分析中的不确定性因素（峰值加速度、接触面摩擦系数、地基弹性模量、坝体混凝土抗拉强度）进行了参数敏感性分析。通过该方式可计算混凝土坝在各级地震作用下的易损性概率，为混凝土坝抗震设计以及抗震设防提供依据。 (3)基于离散鲁棒学习机(ORELM)的非线性函数逼近能力，提出一种基于ORELM的混凝土坝易损性研究方法，极大的减少了动力时程分析的次数，提高了混凝土坝易损性研究效率。进行某拱坝易损性分析时，在考虑地震动不确定性的基础上，同时考虑了横缝摩擦系数、地基弹模及坝体混凝土抗拉强度等随机变量，改进了以往在建立拱坝易损性曲线时仅考虑地震动这一单一变量的情况。同时，将极限学习机与蒙特卡罗仿真(MCS)相结合所建立的易损性曲线精度更高，更具有工程参考价值。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景与研究意义

1.2地震易损性分析研究进展

1.2.1混凝土坝非线性有限元分析研究进展

1.2.2基于性能的结构抗震分析研究进展

1.2.3混凝土坝的地震易损性分析研究进展

1.3论文思路与主要工作

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

2基于薄层单元的粘弹性人工边界的混凝土坝动力时程分析

2.1引言

2.2混凝土坝抗震分析基本理论

2.2.1坝基接触模型

2.2.2混凝土损伤塑形模型

2.3基于薄层单元的粘弹性人工边界的模拟

2.3.1三维一致粘弹性人工边界及其等效单元

2.3.2基于薄层单元的粘弹性人工边界的模拟

2.3.3粘弹性人工边界的地震荷载等效输入

2.2.4粘弹性人工边界单元的地震荷载输入方式

2.2.5等效人工边界及其地震动输入在有限元软件中的具体实现

2.3算例

2.3.1混凝土坝有限元模型的建立

2.3.2混凝土坝动力时程分析

2.4本章小结

3基于位移的混凝土坝地震易损性分析

3.1引言

3.2混凝土坝地震易损性分析的基本理论

3.3基于位移的混凝土坝地震易损性分析

3.3.1易损性分析原理及性能指标的确定

3.3.2易损性分析的抽样方法

3.3.3基于位移的混凝土坝地震易损性分析步骤

3.5算例

3.5.1有限元模型的简介及建立

3.5.2地震波的选择和标准化

3.5.3易损性分析结果

3.5.4参数敏感性分析

3.6本章小结

4基于ORELM的混凝土坝地震稳定易损性分析

4.1引言

4.2ORELM模型

4.2.1极限学习机（ELM）

4.2.2正则化极限学习机（RELM）

4.2.3加权正则化极限学习机（WRELM）

4.2.4离散鲁棒性极限学习机（ORELM）

4.2.5模型精度评价

4.3基于ORELM的混凝土坝地震易损性分析

4.3.1易损性指标的确定

4.3.2基于ORELM的混凝土坝稳定易损性分析

4.4算例

4.4.1计算模型简介

4.4.2地震波的选择及标准化

4.4.3易损性分析结果

4.5本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果