工程力学 ›› 2018, Vol. 35 ›› Issue (11): 146-154.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0591

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

基于概率统计方法的隔震结构可靠度

党育, 张辙洵, 李涌涛, 谢鹏飞   

  1. 兰州理工大学土木工程学院, 甘肃, 兰州 730050
  • 收稿日期:2017-07-31 修回日期:2018-01-10 出版日期:2018-11-07 发布日期:2018-11-07
  • 通讯作者: 党育(1976-),女,甘肃人,副教授,博士,硕导,从事振动控制研究(E-mail:dy_matlab@163.com). E-mail:dy_matlab@163.com
  • 作者简介:张辙洵(1992-),男,陕西人,硕士生,从事振动控制研究(E-mail:332458609@qq.com);李涌涛(1987-),男,山东人,硕士生,从事振动控制研究(E-mail:332162907@qq.com);谢鹏飞(1994-),男,甘肃人,硕士生,从事振动控制研究(E-mail:1084364809@qq.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51668043);甘肃省建设科技建筑节能项目(JK2015-11)

STUDY ON ASEISMIC RELIABILITY OF ISOLATED STRUCTURES BASED ON PROBABILITY STATISTICS METHOD

DANG Yu, ZHANG Zhe-xun, LI Yong-tao, XIE Peng-fei   

  1. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
  • Received:2017-07-31 Revised:2018-01-10 Online:2018-11-07 Published:2018-11-07

摘要: 该文用概率统计的方法分析隔震结构的抗震可靠度。对两个实际的隔震结构建立三维有限元模型并进行时程分析,求得层相对加速度、层间位移角、隔震支座剪应变和压应力等结构的动力响应参数,同时,收集隔震支座力学性能的实验数据并结合数值模拟,用假设检验方法,明确了隔震结构的各动力响应参数和隔震支座的抗力参数均服从对数正态分布,再用最大似然估计法,得到了隔震结构各动力响应和隔震支座抗力的概率特征参数。给定隔震结构的失效模式,建立以结构抗力和反应为变量的功能函数,采用一次二阶矩法,分析隔震体系的抗震可靠度,结果发现:按目前《建筑抗震设计规范》的隔震结构,与非隔震结构相比,即使上部结构的水平地震作用减小60%~70%,也不一定能达到“中震不坏”和“极大震不倒”的抗震性能目标,说明在编的《建筑隔震设计规范》对隔震建筑提出更高的要求。

关键词: 可靠度, 隔震结构, 地震水准, 概率统计, 失效概率

Abstract: Probability statistics method is used to investigate the aseismic reliability of isolated structures. For two existing isolated buildings. The finite element models were built and dynamic responses were calculated by time history analysis, including the relative story acceleration, story drift, shear strain and compressive stress of rubber isolators. The mechanical properties of rubber isolators were gathered by experiment and numerical simulation. Structures dynamic responses and isolators mechanical properties are proved to follow a lognormal distribution by a hypothesis test, and two probability characteristic parameters are calculated by the maximum likelihood estimation. With the combination of given failure modes and performance functions of resistances and responses, the aseismic reliability of isolated structures is investigated by a second moments method. It shows that:if isolated structures conform to the code for aseismic design of building, and horizontal seismic effects of superstructures reduce 60% to 70% compared with non-isolated structures, it is possible to fail to reach the demand "repairable under rare ground earthquake, not collapsed under very rare ground earthquake". Thusly, Code for aseismic design of seismic isolated buildings on editing proposes a higher request for isolated buildings.

Key words: reliability, isolated structures, seismic level, probability statistics, failure probability

中图分类号: 

  • TU352.1+2
[1] 杜永峰, 李慧. 智能隔震:基于能量响应和可靠度的前景分析[J]. 工程力学, 2006, 23(增刊2):5-13. Du Yong feng, Li Hui. Smart isolation:future prospect based on energy response and dynamic reliability[J]. Engineering Mechanics, 2006, 23(Suppl 2):5-13. (in Chinese)
[2] 彭勇波, 陈建兵. 隔震结构的随机地震反应与抗震可靠度评价[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2008, 36(11):1457-1461. Peng Yongbo, Chen Jianbing. Stochastic seismic response and aseismic reliability assessment of base-isolated structures[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2008, 36(11):1457-1461. (in Chinese)
[3] 孙臻, 王曙光. 高层隔震结构非平稳随机地震响应与动力可靠度分析[J]. 建筑结构学报, 2011, 32(12):210-216. Sun Zhen, Wang Shuguang. Non-stationary random response and dynamic reliability of high-rise seismic isolated structure[J]. Journal of Building Structures, 2011, 32(12):210-216. (in Chinese)
[4] 王曙光, 施凯琳. 基于概率密度演化的隔震结构随机地震响应[J]. 地震工程与工程振动, 2013, 33(2):168-175. Wang Shuguang, Shi Kailin. Stochastic seismic responses of isolated structure based on probability density evolution method[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2013, 33(2):168-175. (in Chinese)
[5] Sayani P J, Ryan K L. Comparative evaluation of base-isolated and fixed-base buildings using a comprehensive response index[J]. Journal of Structural Engineering, 2009. 135(6):698-707.
[6] 北京金土木软件技术公司. SAP 2000中文版使用指南[M]. 第二版. 北京:人民交通出版社, 2015. Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd. SAP 2000 Chinese Version User Guide[M]. 2nd ed. Beijing:China Communications Press, 2015. (in Chinese)
[7] GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2011. GB 50011-2010, Code for seismic design of buildings[S]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2011. (in Chinese)
[8] 李涌涛. 基于概率统计方法的隔震结构可靠度研究[D]. 兰州:兰州理工大学, 2016. Li Yongtao. The studies on seismic reliability of isolated structure based on probability statistics method[D]. Lanzhou:Lanzhou University of Technology, 2016. (in Chinese)
[9] 李桂青. 结构动力可靠性理论及其应用[M]. 北京:地震出版社, 1993. Li Guiqing. Theory and application of structural dynamic reliability[M]. Beijing:Seismological Press, 1993. (in Chinese)
[10] GB 20688.3-2006, 橡胶支座第三部分:建筑隔震橡胶支座[S]. 北京:中国国家标准化管理委员会, 2006. GB 20688.3-2006, Rubber-bearings, part3:elastomeric seismic-protection isolators for buildings[S]. Standardization Administration of the People's Republic of China, 2006. (in Chinese)
[11] 吴迪, 李建军. 串联隔震结构体系的地震易损性分析[J]. 工程力学, 2017, 34(增刊1):227-232. Wu Di, Li Jianjun. Seismic vulnerability analysis of series isolated structural systems[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(Suppl 1):227-232. (in Chinese)
[12] Morgan T A, Mahin S A. The use of base isolation systems to achieve complex seismic performance objectives[R]. Pacific Earthquake Engineering Research Center, 2013, 33(2):168-175.
[13] 高孟潭. GB18306-2015, 《中国地震动参数区划图》宣贯教材[M]. 北京:中国标准出版社, 2015. Gao Mengtan. GB18306-2015, Seismic ground motion parameters zonation map of china[M]. Beijing:China Standard Press, 2015. (in Chinese)
[14] 建筑隔震设计标准(送审稿)[S]. 北京:中华人民共和国住房和城乡建设部, 2018. Standard for seismic isolation design of buildings (Draft for Examination)[S]. Beijing:Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People's Republic of China, 2018. (in Chinese)
[15] Castaldo P. Seismic reliability-based ductility demand evaluation for inelastic base-isolated structures with friction pendulum devices[J]. Earthquake Engineering Structural Dynamics, 2017, 46(8):1245-1266.
[16] ASCE. Minimum design loads for buildings and other structures[S]. ASCE/SEI 7-05 Including Supplement No.1, Reston, VA. 2005.
[17] JCSS, Probability model specification[S]. The Joint Committee on International Structure Safety, 2011.
[1] 杨杰, 马萌璠, 王旭. 随机结构动力可靠度计算的条件概率方法[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 17-21.
[2] 谢楠, 赵凯, 胡杭, 潘明栋. 高大模板支架的容错优化设计研究[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 101-106.
[3] 赵威, 卜令泽, 王伟. 稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 44-53.
[4] 贾宏宇, 杜修力, 李兰平, 黄胜前, 郑史雄. 地震作用下梁体碰撞间隙宽度的概率分析方法[J]. 工程力学, 2018, 35(8): 39-45.
[5] 杨参天, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 刘立德. 适用于高层隔震结构的地震动强度指标研究[J]. 工程力学, 2018, 35(8): 21-29.
[6] 蒋水华, 姚池, 杨建华, 姜清辉, 黄劲松. 基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法[J]. 工程力学, 2018, 35(8): 154-161.
[7] 李万润, 王辉, 孙玉萍, 杜永峰, 王雪平, 吴忠铁. 考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟与试验验证[J]. 工程力学, 2018, 35(6): 115-122,131.
[8] 袁修开, 朱海燕, 张保强. 结构可靠性优化求解的解耦融合策略[J]. 工程力学, 2018, 35(5): 102-108,117.
[9] 夏遵平, 王彤. 谐波噪声下的试验模态分析[J]. 工程力学, 2018, 35(3): 235-241.
[10] 叶新一, 王草, 李全旺. 桥梁结构时变可靠度计算的新方法[J]. 工程力学, 2018, 35(11): 86-91.
[11] 刘娇, 刘敬敏, 余波, 杨绿峰. 工程结构体系可靠度分析的最新研究进展[J]. 工程力学, 2017, 34(增刊): 31-37.
[12] 吴迪, 李健军, 谭平, 熊焱, 霍维刚. 串联隔震结构体系的地震易损性分析[J]. 工程力学, 2017, 34(增刊): 227-232.
[13] 袁阳光, 黄平明, 韩万水, 李永庆, 赵士良, 刘焕举. 基于可靠度理论的中小跨径桥梁卡车载重限值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(8): 161-170.
[14] 杜永峰, 郑文智, 李万润, 李慧, 王浩. 超长复杂基础隔震结构静动力特性温度相关性研究[J]. 工程力学, 2017, 34(7): 69-78.
[15] 张旭乔, 郭彦林. 采用定长索设计的索网玻璃幕墙结构索长误差控制理论[J]. 工程力学, 2017, 34(6): 28-40.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 周小平;杨海清;张永兴. 有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解[J]. 工程力学, 2008, 25(1): 0 -027 .
[2] 张伯艳;陈厚群. LDDA动接触力的迭代算法[J]. 工程力学, 2007, 24(6): 0 -006 .
[3] 李元齐;田村幸雄;沈祖炎. 单层网壳结构等效静风荷载分布估计[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 57 -61 .
[4] 贾超;张楚汉;金峰;程卫帅. 可靠度对随机变量及失效模式相关系数的敏感度分析及其工程应用[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 12 -16,1 .
[5] 熊渊博;龙述尧;胡德安. 薄板屈曲分析的局部Petrov-Galerkin方法[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 23 -27 .
[6] 郭惠勇;张陵;蒋健. 不同信息融合方法在结构损伤识别上的应用和分析[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 28 -32,3 .
[7] 童育强;向天宇;赵人达. 基于退化理论的空间梁单元有限元分析[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 33 -37 .
[8] 刘耀儒;周维垣;杨强. 三维有限元并行EBE方法[J]. 工程力学, 2006, 23(3): 27 -31 .
[9] 黄煜镔;钱觉时;周小平. 基于强度尺寸效应的准脆性材料脆性指标研究[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 38 -42,5 .
[10] 李永莉;赵志岗;侯志奎. 卷积型加权残值法求解薄板的动力学问题[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 43 -46 .
X

近日,本刊多次接到来电,称有不法网站冒充《工程力学》杂志官网,并向投稿人收取高额费用。在此,我们郑重申明:

1.《工程力学》官方网站是本刊唯一的投稿渠道(原网站已停用),《工程力学》所有刊载论文必须经本刊官方网站的在线投稿审稿系统完成评审。我们不接受邮件投稿,也不通过任何中介或编辑收费组稿。

2.《工程力学》在稿件符合投稿条件并接收后会发出接收通知,请作者在接到版面费或审稿费通知时,仔细检查收款人是否为“《工程力学》杂志社”,千万不要汇款给任何的个人账号。请广大读者、作者相互转告,广为宣传!如有疑问,请来电咨询:010-62788648。

感谢大家多年来对《工程力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我们!

《工程力学》杂志社

2018年11月15日