鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體概率抗震能力分析.pdf

1、21世紀(jì)初，美國(guó)太平洋地震工程研究中心(PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter,PEER)提出了新一代“基于性能的地震工程(Peformance-BasedEarthquakeEngineering,PBEE)”概率決策框架；與此同時(shí)，美國(guó)中部地震研究中心(Mid-AmericanEarthquakeEngineering,MAE)也提出了“基于后果的地震工程(Consequence-Bas

2、edEarthquakeEngineering,CBEE)”概率決策框架。由于這兩個(gè)框架都是建立在地震風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，為此，本文初步提出了“基于風(fēng)險(xiǎn)的地震工程(Risk-BasedEarthquakeEngineering,RBEE)”概率決策框架。地震動(dòng)（EarthquakeMotion）、地震需求（SeimsicDemand）和抗震能力（SeimsicCapacity）以及它們之間的相互關(guān)系是PBEE、CBEE和RBEE所共同關(guān)心

3、的三個(gè)核心問(wèn)題。由于地震發(fā)生的隨機(jī)性、地震動(dòng)的隨機(jī)過(guò)程性以及工程結(jié)構(gòu)自身參數(shù)的隨機(jī)性，因此結(jié)構(gòu)的抗震能力本質(zhì)上是隨機(jī)的，研究結(jié)構(gòu)地震需求與抗震能力之間概率關(guān)系的學(xué)科稱為“概率抗震能力分析（ProbabilsiticSeismicCapacityAnalysis,PSCA）”。
　　工程結(jié)構(gòu)的概率抗震能力分析是結(jié)構(gòu)抗震可靠度分析、結(jié)構(gòu)地震易損性分析以及結(jié)構(gòu)地震風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)，同時(shí)，也是采用全概率方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)概率抗震性能設(shè)計(jì)和概率抗震

4、性能評(píng)定的重要組成部分；另外，概率抗震能力分析的結(jié)果也可以為地震損失估計(jì)和防震減災(zāi)決策提供科學(xué)的依據(jù)。由于結(jié)構(gòu)整體抗震能力可以從宏觀上刻畫結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此，對(duì)重大土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行整體概率抗震能力分析，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。
　　本文首先研究了復(fù)雜隨機(jī)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)矩分析方法，提出了基于Nataf變換的點(diǎn)估計(jì)法；通過(guò)對(duì)同一算例的計(jì)算，將點(diǎn)估計(jì)法同蒙特卡洛模擬法、數(shù)值積分法和平均值一次二階矩

5、法進(jìn)行了比較；然后，將隨機(jī)函數(shù)統(tǒng)計(jì)矩分析方法和Pushover分析結(jié)合起來(lái)，提出隨機(jī)Pushover分析方法；以最大層間位移角（Inter-StoreyDriftAngle,ISDA）作為結(jié)構(gòu)整體能力參數(shù)，然后從隨機(jī)Pushover分析和有限元可靠度分析兩個(gè)角度，建立了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體概率抗震能力模型；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合場(chǎng)地的地震危險(xiǎn)性，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體概率抗震能力危險(xiǎn)性和整體概率抗震能力易損性進(jìn)行了系統(tǒng)深入的分析。得到以下結(jié)論：

6、r>　　(1)本文提出的改進(jìn)的點(diǎn)估計(jì)法可以提高Zhao-Ono點(diǎn)估計(jì)法的精度；MVFOSM的效率最高，但精度較低，特別是當(dāng)隨機(jī)函數(shù)的非線性程度較高時(shí)；數(shù)值積分法的精度與點(diǎn)估計(jì)法相當(dāng)，其效率高于點(diǎn)估計(jì)法。
　　(2)隨機(jī)Pushover分析方法和有限元可靠度分析方法都可以用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)整體能力的統(tǒng)計(jì)矩。隨機(jī)Pushover分析方法將隨機(jī)函數(shù)統(tǒng)計(jì)矩分析方法與傳統(tǒng)的Pushover分析相結(jié)合，可以很好地解決結(jié)構(gòu)整體能力統(tǒng)計(jì)分析中所遇到的隱

7、式函數(shù)難以處理的困難；有限元可靠度分析方法將結(jié)構(gòu)可靠度的近似解析法與有限元分析以及有限元反應(yīng)靈敏度分析相結(jié)合，本質(zhì)上是一種隨機(jī)有限元方法，可以精細(xì)地模擬結(jié)構(gòu)模型中的各種不確定性。
　　(3)結(jié)構(gòu)整體抗震能力基于統(tǒng)計(jì)矩的概率模型和基于可靠度的回歸模型，結(jié)果存在一定差異。前者基于結(jié)構(gòu)能力參數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布假設(shè)，是一種具有“共性”的假設(shè)；后者基于有限元可靠度分析則是針對(duì)具體的結(jié)構(gòu)形式，得到了“個(gè)性”的結(jié)果。“個(gè)性”的結(jié)果一定會(huì)體現(xiàn)“共