基于构件破坏概率的地铁车站震害预测方法研究

摘要

本文对地铁车站结构从构件的破坏过程、破坏准则以及破坏等级入手，对给定地震动条件下地铁车站结构震害预测的概率方法进行了研究。首先通过对钢筋混凝土构件的统计分析与数值模拟，基于构件层面并依据试验结果分析了保护层混凝土外缘被压碎及极限破坏状态对应曲率的试验推定值与理论计算值比值的分布情况，依此提出了构件破坏概率的计算方法，在此基础上给出了地铁车站结构横截面各破坏等级的破坏概率量化方法，建立构件破坏概率与车站横截面之间的联系，给出了地铁车站结构各等级破坏概率的计算方法与计算公式，提出地铁车站震害预测的概率方法。本文的主要研究内容与创新点如下：
　　1.对以往地铁震害进行归纳总结，包括地铁车站与区间隧道震害。在此基础上分析了地铁震害的主要类型及其震害的特点，总结了地铁车站各部位破坏的状态，分析了影响地铁震害的主要因素。
　　2.对比已有建筑结构的破坏准则，并考虑到城市地铁震害的类型及其特殊性，根据变形破坏准则，给出了基于曲率的构件破坏准则表达方法。
　　3.根据已有建筑结构破坏等级划分标准，给出了地铁车站结构的破坏等级划分建议，并针对地铁结构几种常见的截面形式，给出了计算地铁车站横截面破坏等级的量化标准。
　　4.由于构件材料参数的离散性，计算模型、计算条件与构件实际情况的不确定性，理论模拟计算结果与结构构件的实际地震破坏状态相比往往具有一定误差，并且设计时工程的破坏状态也具有其不确定性和离散性。为使震害预测的结果能够减小误差和反映这种离散性和不确定性，利用美国太平洋地震中心的钢筋混凝土构件试验数据库中的样本，从构件层面上将数值模拟计算的弯矩-曲率曲线的各破坏状态曲率进行修正，给出了具体的修正系数，并验证了修正系数的有效性，给出了构件各破坏等级的破坏概率分布函数确定方法和相应计算公式，从而建立结构构件破坏的概率分析方法。
　　5.根据地铁车站横截面破坏等级的量化标准，基于构件破坏概率的计算方法，提出了地铁车站整体在给定地震动下发生各等级破坏的概率计算方法和相应的计算公式。
　　6.给出了给定地震动条件下，应用拟静力及非线性动力分析方法对已有地铁车站结构进行震害预测的具体操作步骤，并通过具体算例验证方法的可行性与有效性。

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第一章 绪 论

1.1选题背景与意义

1.2震害预测研究历史及城市地铁震害预测研究现状

1.3地铁震害预测存在问题

1.4本文主要研究内容

第二章 地铁震害及影响因素分析

2.1引言

2.2地铁震害分析

2.3地铁震害类型与特殊性

2.4地铁震害影响因素分析

2.5本章小结

第三章 地铁车站破坏等级划分及量化指标研究

3.1引言

3.2地铁车站结构构件地震破坏等级

3.3地铁车站结构地震破坏等级

3.4本章小结

第四章 结构构件破坏概率的计算方法

4.1引言

4.2结构构件的变形性能统计分析

4.3结构构件破坏概率计算方法

4.4结构构件破坏概率计算算例

4.5本章小结

第五章 基于构件破坏概率的地铁车站震害预测方法

5.1引言

5.2 给定地震动下基于构件破坏概率的地铁车站结构破坏概率的计算方法

5.3基于拟静力方法的地铁车站单体震害预测

5.4基于非线性动力分析的地铁车站单体震害预测

5.5本章小结

第六章 地铁车站震害预测算例分析

6.1引言

6.2地铁车站构件破坏概率的确定

6.3地震波的选取

6.4基于拟静力方法的地铁车站结构单体震害预测算例

6.5基于非线性动力分析的地铁车站结构单体震害预测算例

6.6结果对比分析

6.7本章小结

第七章 结论与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

附 录 A

附 录 B

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间发表的文章

攻读博士期间参与的科研项目