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原文传递结构动力可靠性理论研究及RC梁桥抗震可靠性分析

论文题名：	结构动力可靠性理论研究及RC梁桥抗震可靠性分析
关键词：	钢筋混凝土梁桥;动力可靠性;Markov过程;等效非线性;地震响应;结构抗震
摘要：	结构可靠度理论早已被纳入各类结构设计规范，并广泛应用于结构安全性评价、重大工程决策分析等工程领域。但这些应用成果都是建立在经典静力可靠度研究基础之上。与静力可靠度相比，结构可靠度理论的另一个基础领域——结构动力可靠度的研究明显滞后。虽然经过长期发展也取得了大量成果，但由于其涉及问题多难度大，目前仍不完善，甚至一些基本问题还未得到很好解决。而结构动力可靠性分析对主要承受动荷载的桥梁结构而言是相当重要的。对于需要进行抗震、抗风等分析的桥梁结构，其动力可靠性分析更不可或缺。本文主要进行了结构动力可靠性基本理论研究，并应用相关研究成果进行了钢筋混凝土梁桥的抗震可靠性分析。本文工作主要包括以下几个部分。　　 1.基于首次超越破坏机制，推导了Markov扩散过程的首超时间概率密度函数的解析显式表达式，以此为基础获得了结构随机反应为Markov扩散过程情形下的结构动力可靠度解析求解方法。与拉普拉斯变换法相比，本文方法直接给出了首超时间概率密度函数fTf(t)的解析显式表达式，并且对齐次与非齐次的Markov过程均适用。当结构反应不是Markov过程时，可以首先通过相关方法将反应过程变换为Markov过程，然后再应用上述结论进行结构动力可靠度的求解。　　 2.基于“等效体系”的思想，提出了对一般非线性体系均适用的等效非线性体系法，进行非线性体系的动力可靠性分析。该方法通过均方最小误差原则将原非线性体系等效为线性阻尼而刚度非线性的这一类可以通过FPK方程求得稳态反应过程精确概率分布的非线性体系，以后者的精确概率分布解作为原非线性体系的随机反应分析解。算例分析表明，该方法的计算结果精度较之等效线性化法的精度要好，提高了结构动力可靠度计算结果的精度。　　 3.针对多自由度非线性体系动力可靠性分析缺乏系统研究的状况，提出了基于复模态理论的多自由度非线性体系动力可靠性分析方法。该方法首先采用等效线性化的方法处理体系的非线性问题，然后采用复模态分析处理非经典的等效线性阻尼矩阵，将具有非经典阻尼的等效多自由度线性体系按复振型分解，将多自由度体系的随机反应分解为一系列一阶体系的复模态反应，从而求得体系的随机反应，最后进行体系的动力可靠度计算。通过算例验证，表明该方法概念明确、思路清晰，为一般多自由度非线性体系提供了一个普遍适用的动力可靠性分析方法。　　 4.采用动力可靠度与静力可靠度结合的方法，研究了基于地震响应最大值的结构抗震可靠度计算方法。该方法主要将结构抗震可靠度的计算转化为结构响应的最大值超越抗力界限的概率计算，从而将随机过程的超越概率分析转化为随机变量的概率特征分析。计算实例表明，这种“动静结合”的方法给出的计算结果也具有较好的精度。　　 5.根据钢筋混凝土梁桥结构的地震振动特征建立了其抗震可靠度分析的简化模型。根据不同的平稳与非平稳地震激励模型，采用Markov过程法、复模态分析方法、等效非线性体系法以及响应最值分析法计算分析了钢筋混凝土梁桥结构的抗震可靠度。计算分析表明，本文所提出的分析方法与分析过程合理可行，计算结果满足工程上的精度要求，为钢筋混凝土梁桥结构的动力可靠度分析提供了实用的分析途径。
作者：	张振浩
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	杨伟军
授予学位：	博士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文