框—剪隔震结构抗扭设计及双随机地震倒塌可靠度研究

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1、框—剪隔震结构抗扭设计及双随机地震倒塌可靠度研究地震作用下,平面不规则框-剪结构由于质心与刚心不重合,会产生明显的扭转变形,相比于规则结构,可能出现更为严重的破坏,甚至倒塌。因此,本文以层间位移角和层间扭转角为性能指标,提出适用于平面不规则框-剪结构的倒塌易损性分析方法,明确该类结构的抗震性能。在此基础上,提出适用于框-剪隔震结构的抗扭设计方法;利用基于整体地震损伤模型的可靠度分析方法,对框-剪隔震结构侧向增量倒塌、竖向连续倒塌以及侧向连续倒塌可靠度进行分析,本文的主要研究内容如下:1)平面不规则框-剪结构倒塌易损性分析提出适用于平面不规则框-剪结构的倒塌易损性分析方法,

2、利用MATLA呻小波变换系数法，判别地震动的最不利输入角度；考虑量化指标间的相关性及随机性,利用超越概率的计算方法,分别计算层间位移角、层间扭转角及双指标极限状态下的倒塌超越概率。通过对比分析表明,对于平面不规则框-剪结构,地震动输入角度对结构的抗震性能有不可忽略的影响;对平面不规则框-剪结构进行易损性分析时,应同时考虑层间位移角和层间扭转角双指标的影响,防止高估这类结构的抗震性能;基于双指标的易损性分析方法对平面不规则框-剪结构抗震性能的评估更为安全、可靠。2)平面不规则框-剪隔震结构抗扭设计方法提出适用于平面不规则框-剪隔震结构的抗扭设计方法,对不同偏心距的结构进行抗

3、扭设计,通过调整隔震层刚心、上部结构质心和刚心三者之间的相对位置,得到上部结构平面不规则时,隔震结构的抗扭设计方法。研究结果表明,1)对于对称结构或轻微偏心结构,应尽量使上部结构的质心与隔震层的刚心重合,可有效控制隔震层的扭转。2)对于严重偏心结构,应在保证隔震层扭转位移比小于1.2的基础上,使隔震层的刚心和上部结构的刚心分别位于上部结构质心的两侧,可有效控制上部结构的扭转。3)基于多参数的框-剪隔震结构整体地震损伤模型通过引入构件重要性指标,提出考虑构件重要程度且适用于框-剪隔震结构的整体地震损伤模型。研究表明,考虑构件重要程度的整体地震损伤模型,可以同时体现构件塑性累

4、积损伤程度与构件重要程度对整体损伤的影响。利用该损伤模型评估框-剪隔震结构在强震作用下的抗震性能更为安全、可靠。4)框-剪隔震结构地震侧向增量倒塌可靠度分析针对框-剪隔震结构,提出基于整体地震损伤模型的可靠度分析方法。考虑结构及地震动的随机性,采用拉丁超立方体抽样法进行抽样,形成样本空间,对每个样本进行动力弹塑性分析;基于隔震结构整体地震损伤模型,分别计算上部结构和隔震层的累积损伤指数,利用二次四阶矩法对结构地震倒塌极限状态进行抗震可靠度分析,得到地震作用下结构发生侧向增量倒塌的概率。5)框-剪隔震结构地震竖向连续倒塌可靠度分析利用隔震支座的地震损伤模型,得到地震作用下最

5、易失效的隔震支座。在考虑损伤结构随机性的基础上,利用竖向随机增量动力分析方法,得到损伤结构竖向连续倒塌极限荷载系数;将极限荷载系数作为整体性能指标,利用二次四阶矩法得到损伤结构发生竖向连续倒塌的概率。研究表明,运用可靠度理论对框-剪隔震结构进行竖向连续倒塌可靠度分析,可直观地得到地震作用下,损伤框-剪隔震结构发生竖向连续倒塌的概率,为结构设计及震后加固提供可靠的依据。6)主余震序列型地震动作用下框-剪隔震结构连续倒塌可靠度分析对于框-剪隔震结构,地震可能导致隔震支座失效,而损伤结构再次经历余震作用时,可能发生三种失效模式:第一种是由于隔震层失效使结构发生侧向连续倒塌;第二

6、种是由于上部结构失效使结构发生侧向连续倒塌;第三种是受损跨梁失效使结构发生竖向连续倒塌;其倒塌概率与主、余震的地震动强度有关;倒塌模式与隔震支座的失效位置有关。