基于地震碰撞易损性的相邻结构临界间距研究

To avoid or mitigate seismic pounding of adjacent structures with close distance, the most direct and effective way is setting an appropriate critical separation distance. Previous design of separation distance between adjacent buildings preventing from seismic pounding is based on the maximum relative horizontal displacement, which is characterized by unknown collision probability (unknown safety level). Accordingly, a probabilistic seismic pounding fragility-based procedure of critical separation distance between adjacent buildings will be proposed. Firstly, to evaluate the seismic pounding fragility of adjacent structures, the problem of seismic pounding of adjacent structures will be expressed by first-passage reliability problem on the basis of random vibration and reliability theory. Secondly, to obtain the critical separation distance with target collision probability, the calculation of critical separation distance of adjacent structures will be characterized by inverse reliability problem based on seismic pounding fragility. Finally, the aforementioned theoretical results will be verified by Monte Carlo simulation and model test. The proposed design procedure of critical separation distance provides consistent pounding safety level for adjacent structures with different structural properties and different seismic hazard sites, which can help designers to directly control and mitigate the risks of collision and to carry out definite performance objectives according to target reliability. It also has some reference to revise and improve the specification.

为避免或减轻间距较近的相邻结构发生碰撞，最直接有效的方法是设置合适的临界间距。既往关于相邻结构避免碰撞的间距设计以相邻建筑物相对水平位移的峰值为基础，据此设计的临界间距具有未知的碰撞概率，即具有未知的安全水平。基于此，本项目开展一种基于概率的相邻结构碰撞易损性的临界间距研究。首先，将相邻结构的碰撞问题表述为首次超限可靠度问题，基于随机振动和可靠度理论计算出相邻结构的地震碰撞易损性。然后，基于地震碰撞易损性，将相邻结构临界间距的计算表述为逆可靠度问题，得出具有目标碰撞概率的相邻结构的临界间距。最后，通过蒙特卡洛数值模拟和模型试验验证上述理论计算结果。该项目所提临界间距的设计对不同结构特性、不同场地条件下的相邻结构能始终保持一致的碰撞安全水平，可以帮助设计者直接控制和减轻由于相邻结构的碰撞带来的相应风险，以按照目标可靠性实施明确的性能目标；同时，对规范的修订和完善具有一定的指导意义。

为避免或减轻间距较近的相邻结构发生碰撞，最直接有效的方法是设置合适的临界间距。既往关于相邻结构避免碰撞的间距设计以相邻建筑物相对水平位移的峰值为基础，据此设计的临界间距具有未知的碰撞概率，即具有未知的安全水平。基于此，本项目开展一种基于概率的相邻结构碰撞易损性的临界间距研究。我国作为地震多发国家之一，开展相邻结构临界间距的性能评估以减轻相邻结构的碰撞风险，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。同时，对我国抗震规范的修订和完善具有一定的指导意义。.项目通过大量的参数化分析并基于使相邻结构总地震易损性最小原则提出了相邻结构间设置Maxwell阻尼器的优化参数，该优化参数可以使相邻结构在各性能目标下均具有良好的控制效果；通过对某相邻结构进行基于性能的被动控制研究，提出了一种基于相邻结构地震易损性最小原则得到控制装置的优化参数及优化布置方式的方法，基于该方法提出的控制装置的优化参数和优化布置方式（包括控制装置的布置数量和布置位置）可以使两相邻结构在任何性能目标下均具有较好的控制效果；对双塔连体结构基于塔楼振动能量最小原则，提出了连接控制装置的控制策略。.项目已实现将基于性能的抗震设计理论应用于相邻结构的抗震性能评估中，通过理论分析、数值模拟及拟开展的振动台模型试验等研究方法提出了一种基于地震碰撞易损性计算相邻结构临界间距的设计方法，依据该方法设计的相邻结构临界间距值具有已知的安全性水平：1.将理论与数值方法相结合，基于随机振动和可靠度理论计算出了相邻结构线性单自由度和多自由度结构的地震碰撞易损性。2.基于相邻结构的碰撞易损性，采用逆可靠度优化搜索算法得到了具有已知安全水平的相邻结构临界间距。3.基于相邻结构的振动台试验验证了本项目所提理论结果的正确性和有效性。.发表基金资助的SCI检索论文3篇、EI检索论文4篇、中文核心论文1篇，申请国家发明专利2项，参加国际、国内学术会议各1次；出国研修1次并因此获得湖北省科协青年晨光计划项目1项。独立培养研究生2名、联合培养研究生2名。