基于多维性能极限状态的结构易损性分析与应用研究

In view of our country present norms in the structure performance evaluation that based only on the bearing capacity performance limit state, the original vulnerability analysis by a single target would be developed to limit state target system of the multidimensional performance, comprehensive considering the uncertainty of the structural physical parameters and the properties of the performance limit state in this project. A generalized formulation is proposed by properly selecting quantitative indexes description of the structure performance limit state, to reveal the influence law of structural fragility(vulnerability) affected by the quantization indexes correlation and randomness of their thresholds, and then set up different structure performance level and damage of the corresponding relationship between level, further puts forward the structure of the quantitative evaluation model of comprehensive performance goals. Realize the evaluation of structural state and valuation of loss when the structure component or technical equipment function is lost. This project will realize the structure performance by a single limit state to multidimensional performance, as the safety of the structure construction and effective operation to provide scientific support which is really a span and theoretical sublimation of design and control of the important major engineering. The results can provide scientific support to ensure safety construction and effective operation of the important major engineering structures.

针对我国现行规范在结构性能评估方面仅考虑基于承载力性能极限状态的不足，本项目综合考虑结构物理参数与性能极限状态的不确定性，探索多维性能极限状态易损性曲线的建立问题，将原有的易损性分析由单一目标发展到多维性能极限状态目标体系。通过合理选取描述结构性能极限状态的各种量化指标，构建基于多维性能极限状态的广义方程，研究多维性能量化指标之间的相关性及阈值的随机性对结构易损性的影响规律，继而建立起结构不同性能水平与破坏等级之间的对应关系，进一步提出定量化的结构性能综合目标评价模型，实现震后结构功能损失、经济损失的变化范围估计以及一些特定构件或设施的性能状态与损失评估。本项目的研究将实现工程结构由单一性能极限状态向多维性能极限状态设计与控制的重点跨越和理论升华，为重要重大工程结构的安全建设和有效运营提供科学支撑。

我国现行规范在结构性能评估方面仅考虑基于承载力性能极限状态，无法满足现代工程的多元化性能目标体系。工程结构地震易损性分析时，需由位移响应单一目标发展到多指标综合目标评价体系，考虑多维性能指标的易损性分析是由注重结构安全向全面注重结构性能、安全及经济等诸多方面发展的必由之路。.本项目首先将原有易损性概念由单一目标发展到多维性能极限状态目标体系，考虑各性能状态阈值间相关性，建立多维性能极限状态广义方程，以描述结构的多指标联合极限破坏状态。方程中相关系数定量刻画性能指标间相关程度，确定结构整体极限状态形状；重点研究了基于增量动力分析与非线性拟合的二维情形相关系数的确定方法，确定极限状态曲线。根据阈值的随机性及阈值间的相关性分为五种情况，分别讨论了多维性能极限状态结构易损性解析解，给出五种情况下易损性曲线，进一步开展易损性敏感性分析。.多维性能极限状态曲面上任意点均为随机变量，据此提出性能极限状态带以描述二维情形下结构整体损伤极限状态，结构在性能极限状态带区域内为破坏临界状态，通过设定置信度，运用参数置信区间估计方法确定性能极限状态条带区间的上下边界值。以某钢筋混凝土桥梁为算例，获取结构极限状态带方程组，计算系统发生某种破坏程度的易损性区间，给出了特定置信度水平下的易损性评估结果，相比传统的单一数值易损性评估结果，易损性区间更加科学可信。.综合考虑结构构件和非结构构件，通过增量动力分析分析其抗震性能，得到性能极限状态量化指标限制，实现结构性能综合目标评价。考虑消防管道、填充墙两类主要非结构构件，分别以钢筋混凝土框架结构以及填充墙RC框架结构为例，阐述其综合目标评价模型，建立基于多维极限破坏状态结构性能水平与破坏等级之间的对应关系，进一步提出了基于响应-损失函数与多维性能极限状态的结构损失评估模型，实现工程结构由单一性能极限状态向多维性能极限状态设计与控制的重点跨越和理论升华。