基于IDA方法的中、小型铁路客站站房结构地震易损性分析

摘要

结构地震易损性是指在不同强度水平地震作用下结构发生不同破坏程度的概率，可从概率意义上定量刻画工程结构的抗震性能，宏观描述地震动强度与结构破坏程度之间的关系。目前结构地震易损性评估已经成为地震工程和结构工程的热点研究领域。本文基于增量动力分析法，对典型中、小型铁路客站站房结构的抗震性能进行数值模拟研究，依据增量动力分析结果对站房结构进行地震易损性分析和抗倒塌能力分析。论文主要内容包括:
　　(1)对铁路客站站房结构的组成、分类、使用功能等进行了汇总介绍，重点对中、小型站房结构的基本信息和情况进行调研和汇总，包括常见结构形式、结构特点、抗震防线、结构体系、使用功能等。最终确定了三个有代表性的中、小型站房结构作为分析和研究对象。
　　(2)通过有限元软件ABAQUS对三个典型站房结构进行数值模拟。选取多条强震记录，沿结构弱轴方向进行水平地震输入。分别以PGA和Sa(T1,5％)为地震动强度指标，以结构顶点最大位移角θroof为损伤指标对三个站房结构进行增量动力分析。针对中、小型站房结构提出采用四水准的抗震设防目标。通过均值IDA曲线斜率与结构刚度的关系给出不同性能水准的损伤指标限值并根据数值模拟及地震调研结果尝试对不同性能水准损伤状况进行描述。通过观察结构在弹塑性时程分析过程中塑性铰的发展和分布情况，总结了类似站房结构的破坏机制和薄弱部位。同时分析了楼梯对站房结构抗震性能的影响。
　　(3)分别以PGA和Sα（T1,5％）为地震动强度指标，绘制三个站房结构易损性曲线，并对比分析选取不同的地震动强度指标对站房结构易损性曲线绘制的影响。以PGA为地震动强度指标对比分析三个站房结构不同性能水准易损性曲线的差异，同时对比分析有无楼梯对结构易损性曲线绘制的影响。最后引入抗倒塌储备系数CMR，分别对三个站房结构的抗倒塌安全储备情况进行汇总分析。
　　(4)针对中、小型站房结构抗震设计提出合理的建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 地震危害

1．1．2 铁路客站地震灾害预防的重要意义

1．2 基于性能的抗震设计概述

1．3 结构地震易损性概述

1．3．1 结构地震易损性简介

1．3．2 基于性能的抗震设计与结构地震易损性分析的关系

1．4 基于IDA分析法的结构地震易损性分析

1．4．1 IDA分析法的基本原理

1．4．2 结构地震易损性分析的基本原理

1．4．3 基于IDA方法的结构地震易损性分析基本步骤

1．5 结构地震易损性及铁路客站站房结构抗震研究现状

1．6 本文主要内容

2 中、小型铁路客站站房结构调研及分析模型的确定

2．1 引言

2．2 铁路客站分类及组成

2．3 中、小型铁路客站站房结构调研汇总

2．3．1 中、小型铁路客站站房结构地震灾变和风险评估研究的意义

2．3．2 中、小型铁路客站站房结构调研汇总

2．3．3 中、小型铁路客站站房结构典型算例

2．3．4 典型站房结构重要设计参数信息汇总

2．4 本章小结

3 中、小型铁路客站站房结构增量动力分析

3．1 引言

3．2 ABAQUS有限元分析方法

3．2．1 ABAQUS简介

3．2．2 弹塑性动力时程分析积分算法的选取

3．2．3 材料的本构关系

3．2．4 单元选择以及连接方式

3．2．5 数值分析有效性验证

3．3 典型铁路客站站房结构增量动力分析

3．3．1 模型的建立

3．3．2 站房结构模态分析

3．3．3 地震波选择

3．3．4 地震强度指标、结构损伤指标及调幅系数的确定

3．3．5 IDA曲线绘制

3．4 典型铁路客站站房结构破坏机制和薄弱部位

3．4．1 站房结构塑性铰分布特点

3．4．2 站房结构塑性铰发展及结构破坏机制

3．5 典型铁路客站站房结构抗震性能水准的确定

3．6 楼梯对铁路客站站房结构抗震性能的影响

3．6．1 考虑楼梯对站房结构抗震性能研究的意义

3．6．2 增加楼梯站房结构有限元模型建立

3．6．3 站房结构楼梯间构件受力分析

3．6．4 考虑楼梯站房结构IDA分析

3．6．5 考虑楼梯站房结构性能水准的确定

3．7 本章小结

4 中、小型铁路客站站房结构地震易损性分析

4．1 引言

4．2 结构地震易损性分析理论推导

4．3 典型站房结构地震概率需求模型

4．3．1 以PGA为地震强度指标结构线性回归分析

4．3．2 以Sa(T1，5％)为地震强度指标对结构进行线性回归分析

4．3．3 以PGA和Sa(T1，5％)为地震强度指标结构线性回归结果对比

4．4 典型站房结构地震易损性分析

4．4．1 以PGA为地震强度指标各结构易损性曲线绘制

4．4．2 以Sa(T1，5％)为地震强度指标各结构易损性曲线绘制

4．4．3 典型站房结构易损性曲线对比分析

4．4．4 站房结构不同性能水平损伤概率分析

4．5 考虑楼梯典型站房结构地震易损性分析

4．5．1 增加楼梯站房结构线性回归分析

4．5．2 增加楼梯站房结构易损性曲线绘制

4．5．3 站房结构考虑楼梯与不考虑楼梯结构易损性曲线对比

4．6 典型站房结构的抗倒塌能力分析

4．6．1 结构安全储备及在侧向荷载下的行为

4．6．2 站房结构倒塌概率及抗倒塌安全储备分析

4．7 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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