本构关系设计建筑结构论文提纲

论文题目：西南高寒地区基础隔震建筑时变易损性研究

摘要：西南高寒地区一直以来都是全国地震活动最为强烈的区域之一,长久以来地震频发,给人民生命、财产的安全带来巨大威胁。从震害情况来看,当务之急在于提高当地建筑结构的抗力水平。建筑隔震技术条件较为成熟,防震减灾效果已在世界范围中得到检验,且隔震支座具有安装简单、便于施工、较高的经济性等诸多优点,使其成为区域内建筑提升抗震裕度的理想选择。根据隔震支座布置位置的不同,可分为地上、地下、室内、室外等多种方式,且隔震建筑在服役期内,随服役时间的增加,力学性能发生着改变,在役隔震建筑的抗力不可避免地会发生衰退现象。例如,橡胶材料是隔震支座中的活跃分子,支座在与外界环境的长期接触中,逐渐发生着老化。与此同时,隔震建筑主体结构也存在诸多不确定因素。结构随机性和时变性的耦合作用,致使结构可靠性和安全性降低,失去了设计之初应有的性能裕度,对结构的抗力产生不良影响,故针对隔震建筑性能衰退后抗力的评估具有一定的现实需要。本文通过等效模拟冻融劣化试验,研究了隔震支座橡胶材料在西南高寒冻融环境中的力学性能的时变特性;选择适合铅芯橡胶隔震支座中钢材、橡胶、铅材的本构关系,并引入橡胶随机时变本构关系的表达式;而后,建立铅芯橡胶隔震支座有限元模型,分析支座竖向、水平性能,以及等效阻尼比的时变规律;基于概率密度演化理论,分别以等效水平刚度为评估指标,求解两种型号支座的冻融时变可靠度;最后以某七层基础隔震框架建筑（支座为地上/室外布置）为例,系统地研究了该结构在不同冻融时间下的时变易损性。主要研究内容和结论如下:（1）通过试验模拟实际西南高寒地区冻融环境中,隔震支座橡胶材料性能的劣化具有一定可行性,试验时应控制冻融机的温度区间,避免加剧橡胶的结晶现象。橡胶试样力学参数受冻融环境影响较明显,试样在经过50年冻融后,力学参数退化较显著。（2）在有限元软件中,采用Mooney-Rivlin本构关系可较好的模拟橡胶试样拉伸时力学性能变化过程。模拟时发现,经过冻融后的隔震支座,其竖向力学性能和水平力学性能参数均有不同幅度的下降,且大直径支座参数下降幅度相对明显。（3）分别采用拉丁超立方算法和概率密度演化理论计算了某框架结构的动力可靠度,验证了后者在处理复合随机问题时具有较高的分析效率和精度,并可描述结构响应的概率演化信息。基于概率密度演化理论求解了铅芯橡胶隔震支座的时变可靠度,证明在冻融环境服役20年之后,该型支座可靠度产生了大幅下降。（4）以某多基础隔震框架结构为例,综合考虑主体结构参数随机性与隔震支座参数时变性、随机性。在定义结构极限损坏限值后,绘制出结构在多种服役期、多种性能水平下的时变易损性曲线（面）。表明:随着性能水平判别指标的加大,该结构易损性曲线的变异性随之增强;该结构的易损性曲线在不同冻融时间下表现出明显差异;在遭受较弱地震时与强震时,易损性曲线发展趋势产生差异,证明该型结构在遭遇强震时有更大的生存能力。

关键词：隔震支座材料退化;隔震支座可靠度;概率密度演化方法;Pushover分析;时变易损性

学科专业：建筑与土木工程

中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 隔震支座性能劣化研究进展

1.3 随机问题分析理论研究进展

1.4 结构地震易损性研究进展

1.5 本文主要研究内容

第二章 支座橡胶材料时变本构关系及冻融劣化试验

2.1 引言

2.2 支座橡胶材料概述及本构关系

2.2.1 橡胶材料概述

2.2.2 橡胶弹性理论

2.2.3 橡胶确定性本构关系

2.2.4 橡胶随机时变本构关系

2.3 西南高寒地区环境橡胶冻融老化试验方案

2.3.1 西南高寒地区橡胶支座实际使用工况

2.3.2 冻融试验加速比

2.3.3 橡胶试样制备及试验项目

2.3.4 橡胶材料常数的测定

2.4 橡胶试样冻融劣化后力学性能试验研究

2.4.1 试验过程概况

2.4.2 试验后现象及试样邵氏硬度测试

2.4.3 试样拉伸力学性能测试

2.4.4 试样拉伸试验结果分析

2.4.5 拉伸试验与有限元模拟准确性分析

2.5 本章小结

第三章 隔震支座有限元建模与冻融劣化性能分析

3.1 引言

3.2 隔震支座有限元模型建立

3.2.1 各型隔震支座示意图和几何参数

3.2.2 隔震支座各个材料本构定义

3.2.3 模型简化和建模步骤

3.3 隔震支座时变力学性能分析

3.3.1 LNR和 LRB支座竖向时变变形性能分析

3.3.2 LNR和 LRB支座水平时变变形性能分析

3.3.3 支座时变竖向、水平刚度分析

3.3.4 支座时变等效阻尼比分析

3.4 隔震支座有限元模型精度分析

3.4.1 参数理论值计算方法

3.4.2 计算参数与模拟参数精度对比

3.5 本章小结

第四章 复合随机过程分析及隔震支座时变可靠度求解

4.1 引言

4.2 概率密度演化理论(PDEM)基础

4.2.1 概率守恒原理

4.2.2 广义概率密度演化方程的原理及求解

4.3 基于极值分布事件的可靠度分析方法

4.4 PDEM方法与传统复合随机问题分析方法区别

4.4.1 LHS方法概述

4.4.2 算例分析

4.5 隔震支座时变可靠度求解

4.5.1 数论选点及虚拟随机过程的构建

4.5.2 支座可靠度求解

4.5.3 LRB隔震支座概率密度演化信息

4.6 本章小结

第五章 西南高寒地区 BIB 结构时变易损性分析

5.1 引言

5.2 时变易损性理论基础

5.2.1 BIB结构抗震性能水平划分

5.2.2 基于PDEM理论的概率地震需求

5.2.3 时变易损性求解流程

5.3 BIB结构设计建模及Pushover分析

5.3.1 建模概述

5.3.2 结构构件信息及隔震支座参数

5.3.3 SAP2000中BIB结构的建模

5.3.4 Pushover方法概述

5.3.5 Pushover分析过程

5.3.6 BIB结构性能水平的划分

5.4 时变易损性分析

5.4.0 求解方法

5.4.1 地震激励不确定性

5.4.2 地震波选取

5.4.3 BIB结构随机性参数的选取

5.4.4 时变易损性曲线(曲面)的绘制

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢