【摘要】：地震作為突發(fā)性自然災害,往往會造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。面對這些損失,地震學(Seismology)和地震工程學(Earthquake Engineering)從不同的方向發(fā)展新理論和新技術(shù)來減小地震帶來的災難和破壞,由此推動了抗震設計方法的不斷進步。我國現(xiàn)行《抗震規(guī)范》(GB 50011—2010)采用“三水準設防、兩階段設計”方法,即通過小震彈性設計和大震位移驗算來保證結(jié)構(gòu)“小震不壞”和“大震不倒”。但對于“中震可修”,規(guī)范沒有給出相應設計方法,無法定量保證結(jié)構(gòu)在地震作用后的可修復性。而對于一些重大工程,如電力、通訊、供水、供氣等生命線工程,不僅要求地震發(fā)生時是安全的,更重要的是,要求震后有一定程度的繼續(xù)使用功能并且能夠快速修復。大量的研究表明現(xiàn)有的鋼筋混凝土(RC)結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)良好的震后可修復性有難度,要真正實現(xiàn)結(jié)構(gòu)可修復性還需要從新型結(jié)構(gòu)開發(fā)進行研究。在這種情況下提出損傷可控結(jié)構(gòu),即在地震等災害作用下結(jié)構(gòu)損傷不會過度發(fā)展,災后能在合理的技術(shù)條件和經(jīng)濟條件下經(jīng)過修復即可恢復其預期功能的結(jié)構(gòu)。本文以結(jié)構(gòu)震后可修復性為出發(fā)點,以損傷可控結(jié)構(gòu)為研究對象,對其地震反應和設計方法進行了相關(guān)研究。首先,提出能夠反映結(jié)構(gòu)可修復性及損傷可控性能的指標,建立結(jié)構(gòu)可修復性定量評價指標體系；然后,分別以單自由度體系和多自由度體系模型為例,通過大量的數(shù)值分析,重點研究屈服后剛度、延性、殘余變形等參數(shù)之間的關(guān)系,提出殘余位移計算方法；最后,圍繞損傷可控結(jié)構(gòu),把現(xiàn)階段規(guī)范的“三水準設防,兩階段設計”發(fā)展成為更合理的“三水準設防,三階段設計”抗震方法,詳細內(nèi)容總結(jié)如下：本文首先闡述了結(jié)構(gòu)可修復性與損傷可控結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,提出了結(jié)構(gòu)震后可修復性評價技術(shù)指標和經(jīng)濟指標,形成了損傷可控結(jié)構(gòu)評價指標體系。指標體系中的技術(shù)指標規(guī)定了損傷可控結(jié)構(gòu)的性能評價,發(fā)現(xiàn)單獨采用傳統(tǒng)的損傷指標(例如最大位移)無法滿足損傷可控結(jié)構(gòu)性能評價要求,還必須增加震后殘余位移指標共同對損傷可控結(jié)構(gòu)進行評價。指標框架中的經(jīng)濟指標則規(guī)定了結(jié)構(gòu)初期投資-損失、修復-重建的決策關(guān)系。在此基礎上,通過大量的文獻調(diào)研,總結(jié)、評價了現(xiàn)有的損傷可控結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法�；谒岢龅膿p傷可控指標框架,本文對現(xiàn)有關(guān)于殘余位移的研究進行了文獻調(diào)研,總結(jié)了關(guān)于殘余位移的影響因素的分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)雖然由于研究方法、模型差異導致了各不相同的結(jié)論,但是在復雜結(jié)果中所有研究都一致認為屈服后剛度是影響殘余位移的關(guān)鍵因素,提高屈服后剛度對減小結(jié)構(gòu)震后殘余位移效果明顯。因此本文對屈服后剛度影響殘余位移的內(nèi)在機制進行了研究,發(fā)現(xiàn)提升屈服后剛度之后,結(jié)構(gòu)在地震作用下正向和負向的屈服機制發(fā)生改變,屈服后剛度越高,結(jié)構(gòu)在兩個方向屈服持時越接近,因此使殘余位移越小。在理解了屈服后剛度對殘余位移影響的內(nèi)在機理后,本文還對不同參數(shù)的雙折線單自由度體系、多自由度體系在大量地震動作用下的殘余位移響應進行分析,發(fā)現(xiàn)屈服后剛度、周期和場地條件是影響殘余位移的最主要因素,而多自由度體系P-△效應對殘余位移角的影響也不能忽視。通過對大量分析結(jié)果的統(tǒng)計分析,得出了適合中國規(guī)范使用的殘余位移譜�？紤]到對超高、大跨等長周期模型,通常都需要進行時程分析,并且在對單/多自由度體系殘余位移的研究中發(fā)現(xiàn)地震動輸入導致的最大彈塑性位移和殘余位移離散性較大,因此本文對考慮最大彈塑性位移和殘余位移響應的時程分析地震動輸入選擇進行了研究。考察了多個地震動強度指標與位移指標之間的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)地震強度指標總體可以分為加速度型強度指標、速度型強度指標和位移型強度指標三大類。并且當同時考慮殘余位移和最大位移時,對于中長周期結(jié)構(gòu)采用峰值速度指標明顯優(yōu)于規(guī)范規(guī)定的峰值加速度指標。在前述對損傷可控指標框架中殘余位移指標系統(tǒng)研究的基礎上,本文還提出了可以考慮設防地震作用下最大彈塑性位移和殘余位移雙參數(shù)控制的“三水準設防、三階段設計”方法,通過算例表明可以利用現(xiàn)有的彈塑性位移譜和本文提出的殘余位移譜進行第二水準設計。算例設計進一步證明了對于普通RC結(jié)構(gòu)進行殘余位移驗算的重要性,并且發(fā)現(xiàn)對于普通混凝土結(jié)構(gòu),簡單的增加其強度難以有效減小結(jié)構(gòu)的殘余位移。綜上,可以發(fā)現(xiàn)本文的創(chuàng)新工作主要包括：建立了損傷可控結(jié)構(gòu)定量評價指標體系,發(fā)現(xiàn)了屈服后剛度影響結(jié)構(gòu)殘余位移的內(nèi)在機理,對單/多自由度體系在大量地震動作用下的殘余位移響應進行了系統(tǒng)分析,并且提出了殘余位移指標的相關(guān)計算方法,提出了綜合考慮最大彈塑性位移和殘余位移的時程分析地震動選擇方法,并且在此基礎上建立損傷可控結(jié)構(gòu)“三水準設防,三階段設計”抗震設計方法。
【圖文】：

通過構(gòu)造措施來保證，并沒有給出具體的設計指標和設計方法。事實上，Ｗ結(jié)構(gòu)位移為逡逑指標，結(jié)構(gòu)在＂小震不壞＂和＂大震不倒＂之間很大的一塊區(qū)域?qū)儆诮Y(jié)構(gòu)＂中震可修＂逡逑階段，如圖１－１所示。逡逑Ｖ逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑使用階段Ｉ邐損傷控制階段邐ｉ邐極限階段邐ｉ逡逑？—邐＊邐＊邐４逡逑（小震不壞）ｉ邐（中震可修）邐Ｉ邐（大震不倒）邐！逡逑＾邐ｊ－邐邋！逡逑＾邐ｉ邐極限逡逑／［邐１邐（不倒＾邐＼逡逑Ｖｙｆ邋＼邐１邐ｉ邐ｉ邐＼逡逑７邋Ｉ邋Ｗ）了邋ｉ邋Ｊ邋Ｉ逡逑戶叫邋ｍｍ邋Ｉ逡逑０邋＾＾＾Ｊ逡逑０逡逑圖１－１結(jié)構(gòu)抗震設計示意圖逡逑２逡逑

（理想彈塑性模型ＥＰ、Ｔａｋｅｄａ模型ＴＫ、旗帖模型ＦＳ）的混凝止柱，在相同地震作用逡逑下，模型最大位移響應基本相同，均在１６２．６／ｗ？７￣ｎ５．７７ｗｗ之間，而殘余變形相差很大，逡逑最小的接近于Ｏｗｍ，最大的達到４４．４／ｗｎ邋（如圖１－２）。對于震后修復工程來說，殘余位逡逑移的大小將直接影響修復的技術(shù)難度和經(jīng)濟投入。逡逑２（Ｋ）邋Ｉ邐！邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑｜ＥＰ１７Ｌ８ｍｍ逡逑Ｆ＊Ｓ邋１７５．７邋＾ｌｒａク）ｊ邐，邋４邋ｆｔ邋Ａ邋？邐ＥＰ邋４４．４邋ｍｍ．逡逑Ｉ邋ｌＯＯ－ＴＫｌ拉．６姦／邋ｊ邋ｊｙ邐ｙ邐ＴＫ１７．６ｍｍ＼逡逑魯邐甲甲３邐ＦＳＯ．Ｏｍｍ／逡逑０－１００－邋ｙ邋＇邐－逡逑＞邐０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邋始邋４０邐４５逡逑Ｔｉｍｅ邋巧逡逑圖１－２不同滯回特性化Ｐ、化、ＦＳ）的混凝±柱動力分析逡逑１N３研究地震作用下結(jié)構(gòu)可恢復性的重要意義逡逑結(jié)構(gòu)的可修復性是指結(jié)構(gòu)在受到地震作用損傷之后，能在可承受的技術(shù)條件和經(jīng)濟逡逑條件下被修復的能力。一些重大工程，，如電為、通訊、供水、供氣等生命線工程，ｔｕ及逡逑易燃、易爆、有毒設施等重要工程，不僅要求地震發(fā)生時是安全的，更重要的是，要求逡逑震后有一定程度的繼續(xù)使用功能并且能夠快速修復。特別是，現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展越來越依賴逡逑于連接城市間的公路鐵路橋梁和城市內(nèi)的立交橋等交通樞紐，地震作用下交通樞紐的破逡逑壞或者震后重建工作的耽誤，不僅會使城市遭受嚴重的破壞、造成重大的人員傷亡和直逡逑３逡逑
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU311.3

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林家浩,丁殿明,田玉山;串聯(lián)多自由度體系彈塑性地震反應分析[J];大連工學院學報;1979年02期

2 錢達;;隨機激勵下,多自由度體系加速度反應的穿越分析[J];云南工學院學報;1989年02期

3 歐進萍,瞿偉廉;非線性多自由度體系在平穩(wěn)隨機荷載作用下的動力可靠性分析[J];地震工程與工程振動;1984年01期

4 翟長海;謝禮立;;多自由度體系效應對強度折減系數(shù)的影響[J];工程力學;2006年11期

5 歐進萍;李桂青;;串聯(lián)多自由度體系在非平穩(wěn)地震荷載作用下的動力可靠性分析[J];武漢建材學院學報;1985年03期

6 I. D. Gupta,M. D. Trifunac;多自由度體系地震反應峰值的次序統(tǒng)計(英文)[J];地震工程與工程振動;1987年04期

7 石少卿,姜節(jié)勝;非平穩(wěn)隨機激勵作用下多自由度體系系統(tǒng)動力可靠性研究[J];應用力學學報;1999年04期

8 胡冗冗;王亞勇;;剪切型多自由度體系瞬時輸入能量的分布[J];世界地震工程;2006年04期

9 唐興榮;姚江峰;;帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應分析[J];南京工業(yè)大學學報(自然科學版);2006年03期

10 董衛(wèi)華;多自由度體系自振頻率數(shù)值計算的兩種方法(續(xù))[J];福建建筑高等專科學校學報;2000年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 唐興榮;姚江峰;;帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應分析[A];第14屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第三冊）[C];2005年

2 王群;袁平;吳知豐;;框架結(jié)構(gòu)彎剪模型的參數(shù)識別法[A];第六屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第二卷）[C];1997年

3 嚴松宏;;樂善村二號隧道總體地震反應分析[A];第七屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1998年

4 周向明;李國強;;高層鋼-砼混合結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應分析模型及研究現(xiàn)狀[A];第八屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

5 鐘明全;潘亦蘇;;考慮流體—結(jié)構(gòu)交互作用的橋梁地震反應分析方法的研究進展[A];中國公路學會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學會2001年橋梁學術(shù)討論會論文集[C];2001年

6 劉楓;肖從真;徐自國;錢基宏;趙基達;柯長華;王春華;王國慶;朱忠義;;首都機場3號航站樓多維多點輸入時程地震反應分析[A];第十一屆空間結(jié)構(gòu)學術(shù)會議論文集[C];2005年

7 宋波;李悅;;跨海鋼拱橋的地震反應分析[A];第14屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第三冊）[C];2005年

8 蘆杰;;樁-土作用連續(xù)剛構(gòu)地震反應分析[A];全國城市公路學會第二十一次學術(shù)年會論文集[C];2012年

9 劉楓;張高明;趙鵬飛;;大尺度空間結(jié)構(gòu)多點輸入地震反應分析應用研究[A];第十四屆空間結(jié)構(gòu)學術(shù)會議論文集[C];2012年

10 劉文廷;王復明;;行進波作用下土石壩隨機地震反應分析[A];第四屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（下）[C];1995年

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 郝建兵;損傷可控結(jié)構(gòu)的地震反應分析及設計方法研究[D];東南大學;2015年

2 李兵;鋼筋混凝土框—剪結(jié)構(gòu)多維非線性地震反應分析及試驗研究[D];大連理工大學;2006年

3 潘旦光;復雜場地的土層地震反應分析[D];同濟大學;2003年

4 王振;立式浮放儲罐三維地震反應分析及試驗研究[D];哈爾濱工程大學;2006年

5 雷素素;考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用的吊索拱橋地震反應分析研究[D];北京科技大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 杜濤;基于滯回特性的多自由度體系抗震性能分析[D];福州大學;2017年

2 劉蘭花;多自由度體系R-μ規(guī)律初步分析及超靜定次數(shù)對結(jié)構(gòu)超強的影響[D];重慶大學;2007年

3 景鵬旭;基于多點地震動輸入條件下的土質(zhì)邊坡地震反應分析[D];中國地震局地震研究所;2016年

4 謝燕生;某剛構(gòu)—單肋系桿拱組合橋地震反應分析[D];華南理工大學;2018年

5 苑森;大跨度空間結(jié)構(gòu)多維多點隨機地震反應分析[D];天津大學;2008年

6 劉級;不同結(jié)構(gòu)體系斜拉橋地震反應分析[D];武漢理工大學;2011年

7 馬麟;橋梁結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應分析及延性抗震設計方法的研究[D];長安大學;2005年

8 劉孟云;鐵路矮塔斜拉橋地震反應分析[D];蘭州交通大學;2010年

9 錢文福;高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的地震反應分析[D];長安大學;2008年

10 趙正水;大跨橋梁地震反應分析[D];長安大學;2013年

本文編號：2573406