钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力分析-结构工程专业论文.docxVIP

Classified Index：TU391 U.D.C.：624.014 Dissertation for the Master Degree in Engineering GLOBAL PROBABILISTIC SEISMIC CAPACITY ANALYSIS OF REINFORCED CONCRETE FRAME STRUCTURES Candidate：Yu XiaoHuiSupervisor： Prof. Lu DaGAcademic Degree Applied for： Master of EngSpecialty： Structural EnAffiliation： School of CivDate of Defence： July, 2007Degree-Conferring-Institution： Harbin Institu ang ineering gineering il Engineering te of Technology 摘 要 - I - 摘 要 21 世纪初，美国太平洋地震工程研究中心 (Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER) 提出了新一代“基于性能的地震工程 (Peformance-Based Earthquake Engineering, PBEE)”概率决策框架；与此同 时，美国中部地震研究中心(Mid-American Earthquake Engineering, MAE)也 提出了“基于后果的地震工程 (Consequence-Based Earthquake Engineering, CBEE)”概率决策框架。由于这两个框架都是建立在地震风险分析的基础 上，为此，本文初步提出了“基于风险的地震工程(Risk-Based Earthquake Engineering, RBEE)”概率决策框架。地震动（Earthquake Motion）、地震需 求（Seimsic Demand）和抗震能力（Seimsic Capacity）以及它们之间的相互 关系是 PBEE、CBEE 和 RBEE 所共同关心的三个核心问题。由于地震发生 的随机性、地震动的随机过程性以及工程结构自身参数的随机性，因此结构 的抗震能力本质上是随机的，研究结构地震需求与抗震能力之间概率关系的 学科称为“概率抗震能力分析（ Probabilsitic Seismic Capacity Analysis, PSCA）”。 工程结构的概率抗震能力分析是结构抗震可靠度分析、结构地震易损性 分析以及结构地震风险分析的基础，同时，也是采用全概率方法进行结构概 率抗震性能设计和概率抗震性能评定的重要组成部分；另外，概率抗震能力 分析的结果也可以为地震损失估计和防震减灾决策提供科学的依据。由于结 构整体抗震能力可以从宏观上刻画结构的抗震性能，因此，对重大土木工程 结构和基础设施系统进行整体概率抗震能力分析，不仅具有重要的理论意 义，而且具有重要的工程实用价值。 本文首先研究了复杂随机函数的统计矩分析方法，提出了基于 Nataf 变 换的点估计法；通过对同一算例的计算，将点估计法同蒙特卡洛模拟法、数 值积分法和平均值一次二阶矩法进行了比较；然后，将随机函数统计矩分析 方法和 Pushover 分析结合起来，提出随机 Pushover 分析方法；以最大层间 位移角（Inter-Storey Drift Angle, ISDA）作为结构整体能力参数，然后从随 机 Pushover 分析和有限元可靠度分析两个角度，建立了钢筋混凝土框架结 构的整体概率抗震能力模型；在此基础上，结合场地的地震危险性，对结构 的整体概率抗震能力危险性和整体概率抗震能力易损性进行了系统深入的分 析。得到以下结论： 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - (1) 本文提出的改进的点估计法可以提高 Zhao-Ono 点估计法的精度； MVFOSM 的效率最高，但精度较低，特别是当随机函数的非线性程度较高 时；数值积分法的精度与点估计法相当，其效率高于点估计法。 (2) 随机 Pushover 分析方法和有限元可靠度分析方法都可以用来计算结 构整体能力的统计矩。随机 Pushover 分析方法将随机函数统计矩分析方法 与传统的 Pushover 分析相结合，可以很好地解决结构整体能力统计分析中 所遇到的隐式函数难以处理的困难；有限元可靠度分析方法将结构可靠度的 近似解析法与有限元分析以及有限元反应灵敏度分析相结合，本质上是一种 随机有限元方法，可以精细地模拟结构模型中的各种不确定性。 (3) 结构整体抗震能力基于统计矩的概 率模型和基于可