【摘 要】
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为避免突发事件下发生连续性破坏,土木工程结构设计时有必要考虑结构易损性问题,而既有易损性分析理论在定量分析上还有待完善。因此,发展可以描述结构在不同静、动力荷载作
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为避免突发事件下发生连续性破坏,土木工程结构设计时有必要考虑结构易损性问题,而既有易损性分析理论在定量分析上还有待完善。因此,发展可以描述结构在不同静、动力荷载作用下的易损性指标系统以及相应的定量计算方法,具有重要的理论和实际工程意义。有鉴于此,本文分别针对桁架与框架结构,考虑了构件的材料弹塑性性能、参数存在的随机性以及静动力荷载对构件内力的影响,提出了4种适用于不同情形的易损性分析方法。具体研究内容和成果包括:首先,为了使结构易损性分析更符合实际破坏情况,考虑了材料的塑性性能,提出了桁架杆件塑性重要性系数的计算方法,进而实现桁架的优化设计。方法先假设杆件为弹塑性材质,以刚度损失定义杆件的塑性状态及破坏模式,采用附加荷载来考虑塑性阶段的桁架承载力;其次建立桁架刚度矩阵与变形刚度矩阵的关系,寻求杆件位移与变形的内在联系,由此推导杆件塑性重要性系数;最后,通过预先假设桁架受力最不利情况和破坏模式,基于前述塑性重要性系数计算,实现桁架杆件的优化。文中通过一榀平面桁架算例的分析与对比,说明考虑了材料塑性性能的情况下,重要性系数值与仅考虑弹性性能有所区别,结构失效模式更合理。同时桁架结构优化后,可以充分发挥杆件力学性能。并通过钢桁架算例与试验,验证了该方法的有效性与可靠度。其次,考虑桁架参数可能存在的随机性(不确定性),提出了基于可靠指标的杆件相对敏感度概念,并进一步融合杆件塑性重要性与相对敏感度的相关理论,提出了考虑随机参数的杆件重要性系数计算方法,再通过钢桁架承载力试验验证了该方法的可行性。然后,提出了一种水平和竖向荷载共同作用下的框架构件重要性评价方法。方法先基于线弹性材料假设,利用应变能方程和节点-外荷载关系计算梁柱构件的轴力、剪力和弯矩;然后定义构件内力分项计算值与抗力分项值之比为构件分项重要性系数,用于体现构件抗力利用水平;再组合各内力分项系数,针对不同外荷载形式定义构件综合重要性系数,用于体现构件对框架体系整体承载力的贡献;最后通过两榀框架算例验证了方法的可行性,可为框架优化设计和连续性倒塌分析提供定量依据。最后,针对地震作用的随机性和地震易损性分析存在的不确定性,提出了地震效应分项系数概念,用于多层RC框架定量化的地震倒塌分析。方法先采用地震动参数定义地震作用,将动力问题转化为静力问题求解,基于地震效应分项系数体现RC框架梁柱构件的重要性,并定义框架倒塌判断准则。然后采用逆向分析过程,通过框架倒塌临界状态反向求解地震动参数的临界值,构建框架倒塌判断式,用于定量分析框架是否发生倒塌。最后采用动力时程分析法计算临界值所对应的层间位移角换算值,以偏差率定义临界值的准确度。采用一栋7层RC框架验证了所提出方法的可行性。
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