工程结构抗震可靠度实用分析方法的研究

摘要

结构抗震可靠度分析一直是工程界所关注的问题.本文主要从反应谱分析和概率密度演化这两个角度分别对这一问题进行了深入的讨论.在对本领域研究理论进行系统综述(第一章)的基础上,本文第二章首先讨论了人工地震动的合成.文中首次提出了随机反应谱的概念.根据随机极值理论,推导了生成随机反应谱的公式,并给出了具体的生成方法.由此方法产生的一组反应谱,经过统计分析,在确定的周期点处的均值和标准差均等同于给定值.因此,以这些随机反应谱作为目标谱最终生成的一组人工地震波,可以同时反映反应谱的均值特性和变异特性,从而能够充分体现地震动的随机特性,弥补了由于忽视反应谱随机特性所带来的弊病.同时,文中发展了一种反应谱拟合技术,包含相位重选法和时域叠加法.在人工合成地震动中,这一技术能够取得良好的反应谱拟合效果,且具有使用过程简单、掌握容易等优点.本章的工作为结构地震反应随机模拟分析提供了更为合理的输入激励.在第三章中,着重讨论了A.D.Kiureghian所提出的一致激励下结构随机振动分析的反应谱组合公式.指出在A.D.Kiureghian及类似研究中,这些组合公式的验算过程存在重要缺陷.在此基础上,发展了基于反应谱的结构抗震可靠性分析方法.结合两个工程实例,采用按第二章所述的考虑反应谱随机性的合成方法所生成的人工波作为输入,对反应谱组合公式进行了随机模拟检验.文中同时比较了本文建议检验方法与基于传统人工波合成过程的随机模拟方法所给出的结果.最终计算结果不仅验证了上述反应谱组合公式的有效性,而且说明了本文第二章中考虑反应谱随机性的人工波合成过程的合理性.第四章讨论了非一致地震激励作用下大跨度结构随机反应的反应谱分析方法.并在本文建议分析方法基础上发展了大跨度结构考虑非一致激励的抗震可靠度分析方法.指出已有分析方法至少存在三方面的缺点:①需要通过繁琐的数值积分来求解反应谱组合公式中的相关系数或谱参数,不利于工程实际的应用;②只能计算峰值反应的均值,而无法给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的抗震可靠性分析;③均没有进行合理的验证工作.针对这些缺点,本文推导给出了一种反应谱分析方法,可以同时计算结构峰值反应的均值和标准差.在此基础上,发展了非一致地震激励条件下的结构抗震可靠度分析方法.通过引入一些合理的假定,大大地简化了谱参数的求解过程,使得无需再进行数值积分运算.结合实例分析,对本文方法、经典的分析方法、考虑反应谱随机性的随机模拟方法进行比较,计算结果表明:本文方法具有其它方法无可比拟的计算效率,且具有良好的计算精度.概率密度演化方法可以给出结构反应的概率密度分布及其随时间的变化过程,从而为结构抗震可靠度的精细分析开辟了道路.本文第五章将概率密度演化方法推广应用到了非一致地震激励作用下的随机结构可靠性分析中,分别进行了随机结构确定性地震输入、确定性结构随机地震输入两种情况下的动力反应分析和动力可靠度分析,并采用Monte Carlo随机模拟方法对其进行了验证.最后,简要讨论了需要进一步进行的工作.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2抗震反应谱分析理论的发展及研究现状

1.2.1一致地震激励下的反应谱分析理论

1.2.2非一致地震激励下的反应谱分析理论

13结构地震反应与可靠度分析的研究现状

1.3.1确定性结构的地震反应与可靠度分析

1.3.2随机结构的地震反应与抗震可靠度

1.4本文主要工作

第二章考虑反应谱随机性的人工合成地震动

2.1引言

2.2随机反应谱的生成

2.3人工合成地震动的基本模型

2.4反应谱与功率谱的转换关系

2.5人工地震动的反应谱拟合

2.6人工地震动合成实例

2.6.1一致激励合成

2.6.2非一致激励合成

2.7本章小结

第三章一致地震激励时结构抗震可靠性的反应谱分析

3.1引言

3.2一致地震激励结构的反应谱分析

3.2.1运动方程及其解答

3.2.2反应谱分析方法

3.3基于反应谱理论的结构抗震可靠性分析

3.4算例分析与研究

3.4.1 8层3跨的框架结构

3.4.2 5层单向偏心结构

3.5本章小结

第四章非一致地震激励时结构抗震可靠性的反应谱分析

4.1 引言

4.2非一致地震激励结构的反应谱分析

4.2.1运动方程及其解答

4.2.2既有的反应谱分析方法

4.2.3本文的反应谱分析方法

4.3本文方法的简化

4.3.1谱参数的简化

4.3.2 ρxbkxbl的简化

4.4基于反应谱理论的结构抗震可靠性分析

4.5算例分析与研究

4.5.1两跨连续梁

4.6本章小结

第五章非一致激励随机结构抗震可靠性的概率密度演化分析

5.1引言

5.2随机结构的概率密度演化分析

5.2.1随机结构的概率密度演化方程

5.2.2随机结构的动力可靠度分析

5.2.3概率密度演化方程求解的数值方法

5.3算例分析与研究

5.3.1五跨刚构连续桥 1.情况1下的计算结果

5.3.1五跨刚构连续桥 2.情况2下的计算结果

5.3.2双塔斜拉桥

5.4本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士期间撰写和发表的论文