鋼筋混凝土框架結構的整體概率抗震能力分析.pdf

1、21世紀初，美國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，美國中部地震研究中心(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。由于這兩個框架都是建立在地震風險分析的基礎上，為此，本文初步提出了“基于風險的地震工程(Risk-BasedEarthquakeEngineering,RBEE)”概率決策框架。地震動（EarthquakeMotion）、地震需求（SeimsicDemand）和抗震能力（SeimsicCapacity）以及它們之間的相互關系是PBEE、CBEE和RBEE所共同關心

3、的三個核心問題。由于地震發(fā)生的隨機性、地震動的隨機過程性以及工程結構自身參數(shù)的隨機性，因此結構的抗震能力本質上是隨機的，研究結構地震需求與抗震能力之間概率關系的學科稱為“概率抗震能力分析（ProbabilsiticSeismicCapacityAnalysis,PSCA）”。
　　工程結構的概率抗震能力分析是結構抗震可靠度分析、結構地震易損性分析以及結構地震風險分析的基礎，同時，也是采用全概率方法進行結構概率抗震性能設計和概率抗震

4、性能評定的重要組成部分；另外，概率抗震能力分析的結果也可以為地震損失估計和防震減災決策提供科學的依據(jù)。由于結構整體抗震能力可以從宏觀上刻畫結構的抗震性能，因此，對重大土木工程結構和基礎設施系統(tǒng)進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用價值。
　　本文首先研究了復雜隨機函數(shù)的統(tǒng)計矩分析方法，提出了基于Nataf變換的點估計法；通過對同一算例的計算，將點估計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、法進行了比較；然后，將隨機函數(shù)統(tǒng)計矩分析方法和Pushover分析結合起來，提出隨機Pushover分析方法；以最大層間位移角（Inter-StoreyDriftAngle,ISDA）作為結構整體能力參數(shù)，然后從隨機Pushover分析和有限元可靠度分析兩個角度，建立了鋼筋混凝土框架結構的整體概率抗震能力模型；在此基礎上，結合場地的地震危險性，對結構的整體概率抗震能力危險性和整體概率抗震能力易損性進行了系統(tǒng)深入的分析。得到以下結論：

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

7、式函數(shù)難以處理的困難；有限元可靠度分析方法將結構可靠度的近似解析法與有限元分析以及有限元反應靈敏度分析相結合，本質上是一種隨機有限元方法，可以精細地模擬結構模型中的各種不確定性。
　　(3)結構整體抗震能力基于統(tǒng)計矩的概率模型和基于可靠度的回歸模型，結果存在一定差異。前者基于結構能力參數(shù)服從對數(shù)正態(tài)分布假設，是一種具有“共性”的假設；后者基于有限元可靠度分析則是針對具體的結構形式，得到了“個性”的結果。“個性”的結果一定會體現(xiàn)“共