【摘要】：近年來(lái)世界各地頻發(fā)大地震,造成了重大的工程結(jié)構(gòu)破壞、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高,多數(shù)大中型城市都建設(shè)了大量的高層建筑,且不少地區(qū)屬于地震易發(fā)區(qū)域。目前由于地震尚不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè),因此著力提高工程結(jié)構(gòu)的抗震能力仍具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義�；趪�(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“重大工程的動(dòng)力災(zāi)變”中重點(diǎn)項(xiàng)目“超高層建筑的動(dòng)力失效模式及抗災(zāi)-分災(zāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究(90815023)”,本文主要開(kāi)展了地震作用下建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的非線性分析方法、全壽命造價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)和分災(zāi)設(shè)計(jì)等相關(guān)的研究工作,為高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供理論方法依據(jù)。 首先,本文概要地總結(jié)了工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法,及非線性靜力方法、全壽命造價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分災(zāi)設(shè)計(jì)的近期發(fā)展；系統(tǒng)地整理了建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的基本理論,包括了地震作用下運(yùn)動(dòng)方程、彈性的模態(tài)時(shí)程分析及反應(yīng)譜分析方法、非彈性靜力分析方法；重點(diǎn)回顧了4種經(jīng)典的非線性靜力方法,包括等效線性化方法、位移系數(shù)法、N2方法和模態(tài)Pushover方法。 基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)就是研究、發(fā)展高效可行的評(píng)估結(jié)構(gòu)抗震性能的方法。非線性靜力Pushover分析方法目前正在被越來(lái)越多的規(guī)范指南推薦使用,并逐漸成為認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)方法。為了避免傳統(tǒng)Pushover曲線的翻轉(zhuǎn),本文提出了基于能量平衡的多模態(tài)Pushover分析方法,可以有效地捕捉高階模態(tài)效應(yīng)。與能力譜方法一致,該方法結(jié)合了模態(tài)的能量能力和需求的概念,并保持了不變的側(cè)力加載分布的優(yōu)勢(shì)。在使用近斷層地震動(dòng)作用下平面結(jié)構(gòu)對(duì)該方法進(jìn)行數(shù)值評(píng)估時(shí),本文采用了高階模態(tài)能量需求為彈性的假定,通過(guò)數(shù)值評(píng)估表明提出的方法可以有效地估計(jì)地震響應(yīng)需求。然后,本文著重考察了基于能量平衡的多模態(tài)Pushover分析方法對(duì)單向偏心結(jié)構(gòu)的適用性,包括TS (Torsionally-stiff)、TSS (Torsionally-similarly-stiff)和TF (Torsionally-flexible)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。研究表明對(duì)于彈性模態(tài)弱耦合的TS、TF系統(tǒng),本文提出的方法能夠有效地估計(jì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；但對(duì)于彈性模態(tài)強(qiáng)耦合的TSS系統(tǒng),會(huì)嚴(yán)重低估TSS系統(tǒng)的地震響應(yīng)。此外,隨著激勵(lì)的增強(qiáng),該方法的評(píng)估精度逐漸降低。本質(zhì)上,該方法是地震反應(yīng)譜分析方法在非彈性域的一個(gè)推廣。 此外,本文開(kāi)展了基于改進(jìn)的模態(tài)Pushover分析方法的結(jié)構(gòu)全壽命造價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用了基于模糊評(píng)判技術(shù)的損失評(píng)估策略,且使用了能夠較好地考慮結(jié)構(gòu)高階模態(tài)效應(yīng)的改進(jìn)的模態(tài)Pushover方法。需要指出的是,在優(yōu)化過(guò)程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí),本文采用基于地震反應(yīng)譜的實(shí)用的模態(tài)Pushover方法,主要是為了方便地考慮設(shè)計(jì)地震的位移需求。通過(guò)自適應(yīng)的模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化求解,不但得到了全壽命造價(jià)優(yōu)的設(shè)計(jì),而且最優(yōu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)魯棒性也顯著地提高。 最后,本文詳細(xì)研究了含金屬結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)絲的分災(zāi)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)分災(zāi)設(shè)計(jì)將整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從概念上分為兩個(gè)部分：主體功能結(jié)構(gòu)和分災(zāi)元件(或結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)絲)。強(qiáng)地震作用下分災(zāi)元件開(kāi)始發(fā)揮分災(zāi)作用,通過(guò)損傷耗能甚至完全犧牲破壞以保護(hù)主體功能結(jié)構(gòu)。根據(jù)三線性單自由度系統(tǒng)的延性方程,本文提出了結(jié)構(gòu)分災(zāi)設(shè)計(jì)譜,并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)化分析,得到了滿足結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)絲概念的有效參數(shù)集。本文還分別給出了含金屬結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)絲的分災(zāi)系統(tǒng)的周期約束條件和分災(zāi)系統(tǒng)屈服力的需求公式,以及基于力的結(jié)構(gòu)分災(zāi)設(shè)計(jì)和加固的基本步驟,并通過(guò)設(shè)計(jì)算例來(lái)驗(yàn)證提出的設(shè)計(jì)方法的有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU973.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2364830