【摘要】：地震作為突發(fā)性自然災(zāi)害,往往會造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。面對這些損失,地震學(xué)(Seismology)和地震工程學(xué)(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(zāi)難和破壞,由此推動了抗震設(shè)計方法的不斷進(jìn)步。我國現(xiàn)行《抗震規(guī)范》(GB 50011—2010)采用“三水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計”方法,即通過小震彈性設(shè)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(yīng)設(shè)計方法,無法定量保證結(jié)構(gòu)在地震作用后的可修復(fù)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(fù)。大量的研究表明現(xiàn)有的鋼筋混凝土(RC)結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)良好的震后可修復(fù)性有難度,要真正實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可修復(fù)性還需要從新型結(jié)構(gòu)開發(fā)進(jìn)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(zāi)害作用下結(jié)構(gòu)損傷不會過度發(fā)展,災(zāi)后能在合理的技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件下經(jīng)過修復(fù)即可恢復(fù)其預(yù)期功能的結(jié)構(gòu)。本文以結(jié)構(gòu)震后可修復(fù)性為出發(fā)點(diǎn),以損傷可控結(jié)構(gòu)為研究對象,對其地震反應(yīng)和設(shè)計方法進(jìn)行了相關(guān)研究。首先,提出能夠反映結(jié)構(gòu)可修復(fù)性及損傷可控性能的指標(biāo),建立結(jié)構(gòu)可修復(fù)性定量評價指標(biāo)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(diǎn)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(zhǔn)設(shè)防,兩階段設(shè)計”發(fā)展成為更合理的“三水準(zhǔn)設(shè)防,三階段設(shè)計”抗震方法,詳細(xì)內(nèi)容總結(jié)如下：本文首先闡述了結(jié)構(gòu)可修復(fù)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(fù)性評價技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),形成了損傷可控結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系。指標(biāo)體系中的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定了損傷可控結(jié)構(gòu)的性能評價,發(fā)現(xiàn)單獨(dú)采用傳統(tǒng)的損傷指標(biāo)(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(biāo)共同對損傷可控結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。指標(biāo)框架中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則規(guī)定了結(jié)構(gòu)初期投資-損失、修復(fù)-重建的決策關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研,總結(jié)、評價了現(xiàn)有的損傷可控結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法�；谒岢龅膿p傷可控指標(biāo)框架,本文對現(xiàn)有關(guān)于殘余位移的研究進(jìn)行了文獻(xiàn)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(dǎo)致了各不相同的結(jié)論,但是在復(fù)雜結(jié)果中所有研究都一致認(rèn)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(jī)制進(jìn)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(fù)向的屈服機(jī)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(jī)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(yīng)進(jìn)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(yīng)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(jìn)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(dǎo)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(yīng)的時程分析地震動輸入選擇進(jìn)行了研究。考察了多個地震動強(qiáng)度指標(biāo)與位移指標(biāo)之間的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)地震強(qiáng)度指標(biāo)總體可以分為加速度型強(qiáng)度指標(biāo)、速度型強(qiáng)度指標(biāo)和位移型強(qiáng)度指標(biāo)三大類。并且當(dāng)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(biāo)明顯優(yōu)于規(guī)范規(guī)定的峰值加速度指標(biāo)。在前述對損傷可控指標(biāo)框架中殘余位移指標(biāo)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,本文還提出了可以考慮設(shè)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(zhǔn)設(shè)防、三階段設(shè)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(jìn)行第二水準(zhǔn)設(shè)計。算例設(shè)計進(jìn)一步證明了對于普通RC結(jié)構(gòu)進(jìn)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(qiáng)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(biāo)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(jī)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(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并且提出了殘余位移指標(biāo)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(chǔ)上建立損傷可控結(jié)構(gòu)“三水準(zhǔn)設(shè)防,三階段設(shè)計”抗震設(shè)計方法。
【圖文】：

通過構(gòu)造措施來保證，并沒有給出具體的設(shè)計指標(biāo)和設(shè)計方法。事實(shí)上，Ｗ結(jié)構(gòu)位移為逡逑指標(biāo)，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(shè)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(yīng)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(dá)到４４．４／ｗｎ邋（如圖１－２）。對于震后修復(fù)工程來說，殘余位逡逑移的大小將直接影響修復(fù)的技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)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(fù)性的重要意義逡逑結(jié)構(gòu)的可修復(fù)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(jì)逡逑條件下被修復(fù)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(shè)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(fù)。特別是，現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)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(yán)重的破壞、造成重大的人員傷亡和直逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU311.3

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本文編號：2573406