基于能量谱的概率地震需求分析及设计方法研究

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1、学校代号：10532学号：B05011011密级：湖南大学博士学位论文基于能量谱的概率地震需求分析及设计方法研究国家自然科学基金项目资助(批准号：90815002，51778175，51338004)Energy-basedprobabilisticseismicdemandanalysisandstructuralseismicdesignresearchbyZHANGHaimingB．E．(SouthChinaUniversityofTechnology)2003AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirements

2、forthedegreeofDoctorofEngineeringiIlCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorYIWeijianSeptember,2013删凹缨湖南大学学位论文原创性声明l本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：惭日期：加f￡卜

3、年年月f2一日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不／保密口。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：彳蜘R日’期：伽脚导师签名：期涮甲年4月f么日妒月【f日博士学位论文摘要基于性能的抗震设计是21世纪抗震设计理论的一个主要研究方向。尽管这一理论从提出到目前为止已有几十年的时间，在理论

4、研究以及实际应用都有了较大的发展。但目前来讲，该方法离实际应用和纳入规范还有较大的距离。基于性能的抗震设计其实主要分为对基于性能的抗震评估以及设计方法的研究。本文也是围绕这两方面开展了研究工作。1．选用一定数量的远、近场记录对大量单自由度结构进行时程分析后，给出了等延性强度折减系数尺的概率模型。该强度折减模型综合考虑了位移延性、场地土类别、远、近场地震等因素的影响；并引入了场地特征周期疋对横坐标进行标准化处理，这样可以令由远、近场地震记录所得到结构强度需求统一在一个数学模型里。2．选择多个强度指标与近场地震作用下结构能量需求之间进行了相关性分析，并得到了最优的强度指标IA(相关程度最高

5、)。假定结构在往复地震作用下发生的滞回变形幅值相等，并对同一幅值作用下结构能经受的最大滞回环数聆。。进行了估计，建立了其与两参数(强度指标厶以及强度折减系数R)间的关系，并由统计分析后得到其回归模型。并以此为基础，进一步推导了滞回耗能模型以及总输入能模型。为了对比弹性输入能和非弹性输入能，本文引入了能量折减系数RE来考虑这一差异。3．阐述Pushover方法的理论背景，认为对目标位移估计的精度是Pushover方法能否准确评估结构抗震性能的关键。文中从能量的角度来估计结构的目标位移；引入了层间剪力放大系数来体现结构地震水平力的分布；最后在自适应Pushover分析过程的基础上，提出了基

6、于结构滞回耗能的Pushover分析方法。另外，结合了能力谱法对比分析了在两种位移需求谱下基于位移的抗震设计。最后，选用本文所提出的Pushover分析方法对所设计框架结构进行了抗震性能评估。4．从能量平衡原则着手，本文建立了结构外部输入能与结构内部耗能之间的联系，并由此建立了基于能量的设计流程。该设计流程中还考虑了非弹性输入能、结构滞回模型以及远、近场地震记录等因素分别对设计结果的影响。最后，文中给出了单自由度结构(桥墩)以及多自由度结构的设计实例，验证了该设计方法的实用性。5．推导结构的损伤指数模型，并且根据所提出的损伤模型对结构进行了损伤评估(易损性曲线)。在所构造的易损性曲线中

7、，选用了与结构滞回耗能相关程基于能量谱的概率地震需求分析及设计方法研究度较高的厶强度指标作为横坐标。另外，对相似框架结构的分析结果进行组合后，给出了组合的易损性曲线。最后，通过对一多层框架结构进行易损性分析，验证了本文方法的实用性。关键词：结构抗震性能评估；强度需求谱；地震动强度指标；能量需求谱；易损性分析；结构抗震设计llI博士学位论文AbstractPerformance．based。seismicdesigniSoneofthemainr