【摘要】：超高層建筑以其巨大的體量、復(fù)合的功能,在城市中擔(dān)任著重要的角色,對超高層建筑進(jìn)行準(zhǔn)確有效的抗震性能分析顯得尤為重要。發(fā)展合理的地震動強(qiáng)度指標(biāo)來衡量地震動不確定性,以及在此前提下對結(jié)構(gòu)抗倒塌安全儲備能力的評估和分析,對于超高層建筑抗震設(shè)計(jì)和性能分析具有積極意義。一方面,在基于性能的地震工程中最常用的方法是建立基于概率的評估方法或框架,其中第一步且重要的一步就是確定用來衡量地震動不確定性的地震動強(qiáng)度指標(biāo)。另一方面,確定合理的倒塌安全儲備基線以及考慮多種不確定性來源的抗倒塌安全儲備能力評估,對抗倒塌能力的定量化評估以及基于性能的地震工程的發(fā)展具有重要推動作用。本文以如何確定地震動強(qiáng)度指標(biāo)和建立倒塌安全儲備系數(shù)(CMR)兩個關(guān)鍵問題為主線,針對超高層建筑結(jié)構(gòu)提出了基于譜加速度考慮高階振型的線性組合型和基于譜速度考慮高階振型的組合型地震動強(qiáng)度指標(biāo),篩選了適用于評估加速度敏感型構(gòu)件地震需求的地震動強(qiáng)度指標(biāo),推導(dǎo)了具有不同置信水平的倒塌安全儲備系數(shù)可接受值的計(jì)算表達(dá)式,最后針對超高層建筑進(jìn)行了考慮建模不確定性的地震倒塌風(fēng)險(xiǎn)評估。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)提出了一種適用于評估結(jié)構(gòu)損傷的基于譜加速度考慮高階振型的線性組合型地震動強(qiáng)度指標(biāo)。基于振型分解法,此地震動強(qiáng)度指標(biāo)將最優(yōu)組合項(xiàng)數(shù)內(nèi)的譜加速度Sa(Ti)進(jìn)行疊加,以模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)為加權(quán)系數(shù)來考慮結(jié)構(gòu)中各個模態(tài)貢獻(xiàn)的相對大小。利用彎剪耦合簡化模型對強(qiáng)度指標(biāo)與最大層間位移之間的相關(guān)性進(jìn)行參數(shù)分析,得到最優(yōu)組合項(xiàng)數(shù)與結(jié)構(gòu)基本周期之間的雙線性關(guān)系。基于兩組各30條的遠(yuǎn)場地震動和近場脈沖型地震動,以四座建筑結(jié)構(gòu)為分析模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,該地震動強(qiáng)度指標(biāo)具有相對較高的有效性、充分性以及調(diào)幅魯棒性。(2)針對超高層建筑提出了適用于評估結(jié)構(gòu)損傷的基于譜速度考慮高階振型的組合型地震動強(qiáng)度指標(biāo)�；趦蓚�典型的框架核心筒超高層建筑,分析了各譜值與最大層間位移角、最大樓面加速度的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)了地震動譜速度在長周期段與結(jié)構(gòu)響應(yīng)相關(guān)性優(yōu)于譜加速度和譜位移的特性,并據(jù)此提出了基于譜速度組合型地震動強(qiáng)度指標(biāo)。通過參數(shù)分析給出了此地震動強(qiáng)度指標(biāo)的最優(yōu)組合項(xiàng)和組合系數(shù)�；谶h(yuǎn)場地震動和近場脈沖型地震動,從有效性、充分性、相對充分度和調(diào)幅魯棒性的角度驗(yàn)證了該地震動強(qiáng)度指標(biāo)在超高層建筑中的適用性。(3)對比分析了標(biāo)量型地震動強(qiáng)度指標(biāo)在評估加速度敏感型非結(jié)構(gòu)構(gòu)件需求指標(biāo)峰值樓面加速度(PFA)和樓面加速度反應(yīng)譜(FARS)時的有效性和充分性�；谶h(yuǎn)場地震動和近場脈沖型地震動作用下的兩個典型超高層建筑,分析了各地震動強(qiáng)度指標(biāo)在預(yù)估非結(jié)構(gòu)構(gòu)件需求指標(biāo)時的適用性。從有效性和充分性角度來看,適用于FARS與PFA的地震動強(qiáng)度指標(biāo)截然不同。對于FARS來說任何情況下并沒有一種指標(biāo)能夠在震級M和震中距R方面均表現(xiàn)出充分性。對于PFA和FARS,所選取的遠(yuǎn)場地震動和近場脈沖型地震動對于選擇合適的地震動強(qiáng)度指標(biāo)有很大的影響,此外,所考慮樓層的位置也是一個影響因素。(4)基于考慮偶然不確定性和認(rèn)知不確定性兩種不同方法,即平均法和置信水平法,推導(dǎo)了基于倒塌易損性曲線和基于風(fēng)險(xiǎn)的CMR可接受值計(jì)算表達(dá)式。據(jù)此給出了適用于中國規(guī)范的CMR可接受值。與平均法相比,采用置信水平法時可以給出針對特定抗震目標(biāo)的具有不同置信水平的CMR可接受值。當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定為中值時,采用平均法計(jì)算的CMR可接受值只具有50%置信水平。同等條件(不確定性系數(shù)和置信水平)下,基于倒塌易損性曲線的CMR可接受值要小于基于風(fēng)險(xiǎn)的CMR可接受值。(5)以超高層建筑結(jié)構(gòu)為基本研究對象,基于條帶分析法和一次二階矩方法,進(jìn)行了考慮建模不確定性的地震倒塌風(fēng)險(xiǎn)評估。通過分析確定了條帶分析法中的最優(yōu)地震動水平,給出了超高層建筑抗倒塌能力對8個主要參數(shù)的敏感度,計(jì)算了建模不確定性系數(shù),并考察了雙向地震動刻畫方式以及地震動強(qiáng)度指標(biāo)的選取對偶然不確定性的影響。結(jié)果表明,在超高層建筑中源于建模參數(shù)的不確定性對抗倒塌能力的影響可忽略不計(jì);而偶然不確定性也就是地震動引起的變異性起到?jīng)Q定性作用;選擇合適的地震動強(qiáng)度指標(biāo)可明顯降低偶然不確定性。
【圖文】：

塌概率ＦＥＭＡＰ６９５［１３］建立了一種評估建筑規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)定的－致方法，以確保結(jié)構(gòu)最逡逑小的倒塌安全，給出的倒塌安全儲備系數(shù)（Ｃｏｌｌａｐｓｅ邋Ｍａｒｇｉｎ邋Ｒａｔｉｏ，邋ＣＭＲ）提供了一種簡潔逡逑直觀地評估結(jié)構(gòu)倒塌安全能力的途徑，其中ＣＭＲ定義為中值倒塌強(qiáng)度與大震強(qiáng)度的比逡逑值。基于ＣＭＲ的評價方法一經(jīng)提出受到了各國研究者的青睞，，得到了廣泛的應(yīng)用１｜４＿１７］。逡逑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該具有充分的置信水平來保證其不倒塌。在ＦＥＭＡ３５０［１８］報(bào)告中，逡逑從結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)上建議立即使用（１０）和防止倒塌（ＣＰ）兩個性能目標(biāo)應(yīng)該分別具有５０％和逡逑９０％的最小置信水平。Ｙｕｎ等提出了一種基于性能的鋼框架抗震性能評估程序，使設(shè)逡逑計(jì)人員能夠估算出滿足性能目標(biāo)的置信水平。通過應(yīng)用此評估方法，可進(jìn)一步在設(shè)計(jì)和逡逑分析過程允許明確實(shí)現(xiàn)不同性能目標(biāo)的置信水平［２（）￣２２１。另有研究者給出了具有不同置信逡逑水平的結(jié)構(gòu)年倒塌概率或某地震動水準(zhǔn)下的倒塌概率的計(jì)算過程［？２６１。然而，目前并沒逡逑有建立起計(jì)算具有特定置信水平ＣＭＲ可接受值的方法。因此，本文將針對特定抗震設(shè)逡逑防類別的結(jié)構(gòu)建立具有不同置信水平ＣＭＲ可接受值的計(jì)算方法，從而滿足不同的抗震逡逑設(shè)計(jì)需要，進(jìn)一步基于此進(jìn)行考慮建模不確定性的超高層建筑結(jié)構(gòu)地震倒塌風(fēng)險(xiǎn)評估，逡逑并考慮地震動強(qiáng)度指標(biāo)和雙向地震動刻畫方式的影響。逡逑

邐邐逡逑定性（記作如）反映了在結(jié)構(gòu)分析中對所采用的數(shù)學(xué)模型和工具的認(rèn)知不足，這其中也涵逡逑蓋了結(jié)構(gòu)在建造階段人為誤差引起的不確定性�？傉J(rèn)知不確定性可以將多種不確定性通逡逑過平方和開平方的形式組合得到。ＦＥＭＡＰ６９５１１３］中將倒塌不確定性分為四種，也就是地逡逑震動記錄不確定性0５ｒｔＲ）、設(shè)計(jì)要求不確定性（／？ｄｒ）、試驗(yàn)數(shù)據(jù)不確定性0３ｔｄ）以及建模不逡逑確定性，后三種可以劃歸為認(rèn)知不確定性。逡逑目前在基于概率的性能評價中，將偶然不確定性和認(rèn)知不確定性結(jié)合到結(jié)構(gòu)的極限逡逑性能評價中（比如倒塌易損性曲線，如圖１．３所示）的方法有兩種，一種是平均法（Ｍｅａｎ逡逑Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ邋Ａｐｐｒｏａｃｈ），另外一種是置信水平法（Ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ邋Ｉｎｔｅｒｖａｌ邋Ｍｅｔｈｏｄ）丨２ｊ＇２４」４］。在這兩逡逑種方法中，均假定偶然不確定性與認(rèn)知不確定性是相互獨(dú)立的［２３１，本文未考慮通過基于逡逑蒙特卡洛方法直接將認(rèn)知不確定性代入到分析中的情況［９８，９９１。平均法是將兩類不確定性逡逑通過平方和開平方的形式結(jié)合在一起，這種方式只改變倒塌易損性曲線的對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，逡逑不改變中值倒塌強(qiáng)度。置信水平法將偶然不確定性與認(rèn)知不確定性分別考慮，通過假定逡逑中值倒塌強(qiáng)度的概率分布函數(shù)可以得到具有不同置信水平的中值倒塌強(qiáng)度。逡逑＾￣
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU973

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2646763