基于子集模拟法的RC框架整体抗震可靠度分析.pdf

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1、硕士学位论文基于子集模拟法的RC框架整体抗震可靠度分析GLOBALSEISMICRELIABILITYANALYSISOFREINFORCEDCONCRETEFRAMESBASEDONSUBSETSIMULATION张梓哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU311.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文基于子集模拟法的RC框架整体抗震可靠度分析硕士研究生张梓导师：吕大刚教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU311.3U.D.C:624ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringGLOBALSEISMICRELIABILITYANALYSISOFREINFORCEDCONCRETEFRAMESBASEDONSUBSETSIMULATIONCandidate:ZhangZiSupervisor:Prof.LuDagangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:Archite

3、cturalandCivilEngineeringAffiliation:SchoolofCivilEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要建筑结构在建造和使用过程中会受到各种随机荷载作用，如风荷载、雪荷载、地震荷载等。这些荷载的发生和强度，作用在结构上得到的响应等都具有大量的不确定性。结构在建造过程中也存在大量的不确定性，如材料的强度、截

4、面尺寸等。评估结构在规定时间内和规定条件下完成预定功能能力的概率属于结构可靠度的范畴。而结构整体可靠度可以考虑结构真实本构关系，而且避开了失效模拟的搜寻，是在结构体系层面探究结构的性能。可见，考虑各种不确定性的同时对结构进行整体可靠度的研究十分重要。结构可靠度分析的方法有多种。本文选用适用于高维小失效概率的子集模拟方法(SubsetSimulation,SS)分析结构整体抗震可靠度，针对以上方面进行如下研究：(1)对于子集模拟方法的原理，步骤进行学习，并用Matlab软件编写程序。运用不同算例分析该方法的适用范围

5、、精度、效率等。再通过蒙特卡罗模拟方法(MonteCarloSimulation,MCS)对子集模拟方法进行验证；(2)将子集模拟方法运用到实际结构中，结合有限元分析，计算结构整体非线性静力抗震可靠度。首先，运用OpenSees软件建立三个钢筋混凝土结构(reinforceconcrete,RC)框架，对结构进行性能分析。结合Pushover分析，建立结构顶点位移与基底剪力的关系，得到结构的最大基底剪力。再通过能力谱方法，得到结构的需求谱和能力谱，找到结构的性能点。然后，通过所得的结构参数建立结构整体承载能力和极

6、限变形能力极限状态方程，进而计算结构整体抗震可靠指标和结构失效概率。最后，将子集模拟方法得到的结果与蒙特卡洛模拟方法所得结果进行比较分析；(3)子集模拟方法计算结构动力抗震可靠度。选用特定地震动作为结构的激励，计算结构在整体变形能力和整体损伤极限状态下的动力可靠指标和失效概率。其中结构整体变形能力极限状态的动力可靠度分析选用首次超越破环准则，整体损伤极限状态的动力可靠度分析选用疲劳破环准则，考虑结构的不确定性如材料强度不确定性、荷载不确定性等。将结果与蒙特卡洛方法进行比较分析，验证该方法的精度；(4)进一步分析结

7、构在随机地震作用下的动力可靠度。建立地震动随机过程模型，考虑强度非平稳和频率非平稳。将地震动随机过程作为结构的激励，同时考虑地震动的随机性和结构的随机性，运用子集模拟方法计算结构动力可靠-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文度。并将所得结果与蒙特卡罗方法进行比较分析；(5)由于多次结构的有限元分析使得结构可靠度分析耗费大量时间，因此本文将子集模拟方法与Kriging结合，通过建立Kriging代理模型，使其代替真实结构进行可靠度分析，提高求解可靠度的求解效率。运用拉丁超立方抽样方法(LatinHypercubeSa

8、mpling,LHS)抽取少量样本训练Kriging模型，模型建立后结合子集模拟方法计算结构可靠度。将三种方法计算结果进行比较，验证精度。通过上述分析，最终可对结构进行基于整体承载能力和变形能力极限状态下的静力可靠度分析，以及基于整体变形能力和损伤极限状态下的动力可靠度分析。运用子集模拟方法以及将该方法与Kriging模型的结合，选择适当的初始样本点和条件概率进行计算，从