钢框架结构基于性能的失效模式识别与多目标优化

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1、学校代码：密级：公开交乂孳硕士学位论文钢框架结构基于性能的失效模式识别与多目标优化作者姓名吴耀伟学科专业结构工程指导教师徐龙河教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年六月硕士学位论文钢框架结构基于性能的失效模式识别与多口标优化作者：吴耀伟导师：徐龙河教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校

2、用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名签字日期：乂丨上年了月？日签字曰期：；年月曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文钢框架结构基于性能的失效模式识别与多目标优化作者姓名：：吴耀伟学号导师姓名：徐龙河职称：教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：结构工程研究方向：工程结构抗震北京交通大学年月致谢本文的研宄工作是在导师徐龙河教授的细心指导下完成的。徐龙河教授具有渊博的专业知识、严谨的治学态度，以及精益求精的工作作风。研宄生期间，导师为我提供了良好的学习和科研环境，使我树立了明确的学术目标，掌握了基本的研究方法。从选

3、课、选题、科研到生活，老师总能提出建设性的意见，为我们提供支持。借此机会向我最尊敬的徐龙河恩师表示最衷心的感谢。感谢本课题组周长东老师、常鹏老师、袁泉老师、贾英杰老师等，他们在开题时为我提出不少可行性建议，本文的完成与他们的帮助是分不开的，在此向他们表示深深的感谢。感谢李佩芬师姐在我科研初期为我答疑解惑，指导我学习软件；感谢同门逯登成、王苏的帮助与鼓励，我们共同成长进步，论文能顺利完成；感谢于邵静师妹、代长顺师弟、樊晓伟师弟、肖水晶师妹、王坤鹏师弟在本课题给予我的建议和帮助；感谢天大吕杨博士、伍敏博士在建模过程中给予我的帮助。感谢所有关爱和帮助过我的人。感谢陪我一路走来关心支持我

4、的朋友们。感谢父母及家人对我的支持，他们的包容、支持、肯定与无言的付出使我能够专心的完成学业。摘要摘要近年来，我国建筑业迅猛发展，建造了一大批高层和超高层建筑；另一方面，我国位于世界两大地震带的交界处，地震灾害频发。历次震害分析表明：建筑物倒塌是生命损失和人员伤亡的主要来源，通过分析结构在地震作用下的失效过程及失效模式，对结构失效模式进行优化可提高结构的抗震性能，有效地延缓或阻止结构失效。本文基于结构的性能，针对高层钢框架结构失效模式的识别与优化方法进行了研宄。主要研究工作如下：本文定义了损伤和滞回耗能两个性能指标，以增量动力分析（方法为基础，提出基于性能的钢框架结构失效模式识别

5、方法，并以性能指标为目标函数，以构件截面尺寸作为变量，建立钢框架结构失效模式多目标优化方法。在多条地震波作用下，对一个层钢框架结构进行了失效模式识别与优化分析，结果表明，以损伤和滞回耗能作为评价指标的基于性能的钢框架结构失效模式识别方法能有效识别最不利地震作用下的结构失效模式，基于性能的失效模式多目标优化方法能够显著提高结构整体的抗震性能。本文根据结构在临界失效时层间位移角沿层的变化规律，对地震输入下结构的失效模式进行分类。提出基于概率的地震失效模式识别方法，得到各失效模式下结构失效概率关系表达式，并对各失效模式下结构的安全储备能力进行评价。基于平台，对一个层钢框架结构模型进行数

6、值分析，结果表明，根据关键层的损伤状态可以合理地划分失效模式，基于概率的地震失效模式识别方法能有效的判别结构发生各失效模式的概率大小。本文通过定义结构失效时构件的截面损伤指标计算各失效模式下截面的重要性影响系数，同时考虑构件的重要性系数，建立了失效模式多目标优化的目标函数。定义损伤耗能比参数，选取较不利的地震动作为优化时的地震动输入，对一个层钢框架结构模型失效模式进行多目标优化，结果表明，损伤耗能比能较好地评价结构在各地展动作用下的性能，考虑截面重要性系数的基于性能的多目标优化方法能更好地分配构件截面，降低结构成本，减小结构损伤的同时使结构耗能能力显著增强。关键词：钢框架结构；失

7、效模式识别；多目标优化；增量动力分析；概率；截面损伤指标分类号：基金项目：国家自然科学基金优秀青年基金（中央高校基本科研业务费专题项目（ABSTRACTABSTRACTIntherecenttwodecades,withtherapiddevelopmentoftheconstructionindustry,alargenumberoftallbuildingstructureshavebeenbuiltinChina.However,Chinaislocatedatthecon