[发明专利]一种基于地震碰撞易损性确定防震缝宽度的方法

说明书

本发明公开了一种基于地震碰撞易损性确定防震缝宽度的方法，利用经典Vanmarcke、修正Vanmarcke和泊松近似方法对单自由度和多自由度体系在承受初始静止非平稳地震激励下的时变失效概率进行计算，得到高斯白噪声激励下年平均碰撞概率的修正计算公式；对具体的碰撞概率所对应的临界间距值进行计算。本发明方法可以克服目前关于计算相邻结构相应目标碰撞概率值的防震缝宽度的局限性，是一种具有重要的理论意义和工程应用价值的防震缝计算方法，对结构的振动控制领域有很大的参考价值。

技术领域

本发明属于工程结构振动控制领域，尤其涉及一种基于地震碰撞易损性确定防震缝宽度的方法。

背景技术

相邻结构碰撞会带来较大的经济损失及不可估量的社会影响。从防止或减轻相邻结构碰撞的措施来看，最直接有效的方法就是加大相邻结构防震缝宽度。针对相邻结构避免碰撞的最小防震缝宽度研究，目前比较具有代表性的研究方法主要有响应组合法、解析法和数值模拟法。Lopez-Garcia和Soong等(2009)检验了DDC法(亦简单地称为CQC法则)在预测相邻线性单自由度结构防震缝宽度时的精度。基于Monte-Carlo法证实了DDC法的精度不仅依赖于相邻结构的自振周期比，而且依赖于结构自振周期和与所述激励的主频相关的周期值之间的关系。我国学者王统宁和于永波等(2009)以隔震连续梁桥梁端相对位移为研究对象，通过桥梁结构拆分，运用振型分解法推导梁体在地震作用下相对位移的最大值反应谱计算方法；采用等效双线性铅芯橡胶支座模型，通过迭代计算梁端相对位移并分析SRSS和CQC振型组合法的适用性。一些学者基于随机振动和可靠度等理论对相邻结构防震缝宽度的计算进行了研究。Lin(1997)采用线弹性多自由度(MDOF)结构模型模拟相邻结构，基于随机振动理论，对相邻结构间的临界距离进行了理论分析，并通过与数值模拟结果的对比，验证了该方法的精度。Bipin(2013)解析地给出了相邻结构避免碰撞的防震缝宽度，并将该方法计算出的相邻线性和非线性SDOF结构的防震缝宽度与SRSS法和DDC法进行了对比；进一步提出了不同归一化防震缝宽度对相邻线性和非线性SDOF结构碰撞响应的影响。除以上两种方法外，还有一些学者采用数值模拟方法对相邻结构的防震缝宽度进行了探讨，Hao和Shen(2001)对地震激励下非对称相邻建筑结构避免碰撞的防震缝宽度进行了探讨，考虑结构扭转耦合侧向响应，通过大量的参数化分析，研究了相邻非对称结构自振频率、扭转刚度与偏心对防震缝宽度的影响。卢明奇和杨庆山(2012)对地震作用下相邻结构的最大相对位移进行了研究，定义了最大相对位移系数，并选取对应于硬土、中硬土、软土场地条件下的实际地震记录各100条，讨论了相邻结构周期比、高度比、位移延性系数比及场地条件对最大相对位移系数的影响。

总之，采用响应组合法、解析法和数值模拟方法计算相邻结构防震缝宽度的研究中，均未从概率的角度评估相邻结构的碰撞风险，因此计算出的防震缝宽度值在结构设计使用年限内发生碰撞的概率均未知(未知的安全水平)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于地震碰撞易损性确定防震缝宽度的方法，基于随机振动和可靠度理论，对相邻结构进行地震易损性分析。基于地震易损性求出相邻结构碰撞概率曲线，通过误差控制迭代程序得到某一具体的碰撞概率所对应的临界间距值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于地震碰撞易损性确定防震缝宽度的方法，该方法包括以下步骤，步骤一，进行相邻结构地震碰撞概率风险的评估计算；步骤二，计算非平稳激励下线性体系随机响应的非几何谱特征，然后计算调制高斯白噪声激励下线性多自由度体系的响应特性，进一步计算线弹性体系的时变带宽参数，并计算首次超限可靠性下体系的失效概率，进行相邻结构地震碰撞易损性计算；步骤三，基于地震碰撞易损性的相邻线性结构防震缝宽度，首先求解年平均超越概率，然后求解碰撞概率，求解出碰撞概率曲线之后，通过误差控制迭代程序，得到确定的碰撞概率所对应的临界间距值。

按上述技术方案，所述步骤一具体包括，相邻结构碰撞的年平均超越概率v_p可由下式给出：