基于破坏指标界限值的结构抗震可靠度分析

结构抗震可靠性的分析一般即采用动力可靠度的研究方法进行。本文提出了进行结构抗震可靠度分析与计算的一种新方法,即基于破坏指标界限值的结构抗震可靠度分析方法。该方法在标定结构破坏指标范围进行破坏等级划分的基础上,采用JC法对结构在不同烈度地震作用下的各破坏状态概率进行计算,从而完成对结构抗震可靠性的分析。计算实例表明,该方法与经典动力可靠性分析所得结论相一致,这表明了本文方法的正确与可靠。     

大跨度斜拉桥在随机地震激励下的动力可靠性分析

以随机振动理论为基础,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力可靠度展开研究。根据结构随机振动分析得到的响应统计量,采用结构可靠度分析的JC法(一次二阶矩法)和首次超越破坏理论,分析苏通大桥主梁关键截面上正应力的动力可靠度,并评价结构的抗震性能,分析结果证明该结构可靠性满足桥梁抗震需求。计算结果可为大跨度斜拉桥抗震可靠性分析提供参考。     

基于响应面法的连续刚构地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了结构的破坏准则及其极限状态方程,计算了高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度。结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

双向地震作用下崩塌堆积体边坡动力模糊可靠性分析

考虑崩塌堆积体边坡岩土体参数随机性和模糊性,以及地震力双向性,建立一种边坡地震动力模糊可靠度计算方法,针对竖向地震力对崩塌堆积体边坡稳定可靠性的影响进行进一步研究。首先,选用动力有限元时程分析法计算出双向地震工况下崩塌堆积体边坡的响应特征,并运用模糊理论对强度参数进行模糊性处理;然后,根据Mohr-Coulumb强度准则构建边坡安全系数与可靠度的时程计算模型;最后,采用边坡地震可靠性评价新方法,通过MATLAB编写相应程序,实现计算和分析结果的快速输出。案例结果表明:新方法计算结果更加合理,对工程而言也更加安全;竖向地震作用均对崩塌堆积体边坡整体可靠性存在影响,但影响程度需根据工程实际情况进行分析。在算例工况下,竖向地震对崩塌堆积体边坡的可靠性影响很小,仅使得可靠度降低3.55%,因此,可仅考虑水平地震的影响。     

地震作用下立式储液罐罐壁“象足”变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁“象足”变形分析。分析表明:立式储液罐罐壁“象足”变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏。因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部“象足”变形不断发展,最终导致罐壁撕裂。在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生“象足”变形。     

基于损伤分级的底框结构抗震可靠性分析

底部框架上部混凝土多孔砖砌体结构是一种复合结构形式,在地震作用下两部分结构的损伤状态及其概率可能不同。因此,本文将两种结构形式的"破坏指标"分别用于其结构损伤程度的标定,并考虑地震烈度的发生概率,以此为基础探讨抗震可靠度的分级计算方法。通过对一幢底框结构案例的分析,说明该方法有效实现了抗震可靠度分析的精细化,突破了传统可靠度计算中首超破坏机制对结构破坏判断的单一性限制,适用于复合结构多级风险的量化分析。     

地震作用下立式储液罐罐壁"象足"变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁"象足"变形分析.分析表明:立式储液罐罐壁"象足"变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏.因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部"象足"变形不断发展,最终导致罐壁撕裂.在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生"象足"变形.     

带有参数不确定性的重力坝地震响应的直接数值模拟

采用蒙特卡罗法对考虑参数不确定性的重力坝地震响应进行研究,参数不确定性主要考虑了材料的弹性模量、混凝土材料的抗拉强度、抗压强度和碾压混凝土重力坝建基面和层面的摩擦系数和凝聚力等,地震荷载按反应谱法进行计算,主要考虑了地震系数的不确定性,利用大型商业软件MARC计算快捷、处理方便的优点,对拟建的龙滩碾压混凝土重力坝(高196.5米)进行了上千次随机数值计算,根据概率论和数理统计原理给出了在95%置信度下重力坝关键部位的位移、应力响应,并给出其响应分布的直方图,所得结果还与确定性的时程响应的结果进行了比较,同时还给出了关键部位开裂概率。最后对该重力坝沿建基面和典型层面的整体抗滑稳定可靠度进行分析研究。结果表明在上游坝踵处、下游坝颈和高程341米之间的下游侧在8度地震作用下会出现开裂破坏,大坝沿高程341米层面和建基面的整体抗滑稳定可靠度最低。     

基于响应面法的槽式聚光镜结构抗风可靠度分析

为评价槽式聚光镜在风荷载作用下正常使用的概率,对槽式聚光镜结构进行了可靠度分析。首先确定对该结构可靠性影响较大的参数;其次利用响应面法计算了聚光镜结构在风荷载作用下基于变形失效的可靠度指标。计算和分析结果表明:风荷载的不确定性对槽式聚光镜结构可靠度的影响最大,而该结构在风荷载作用下的可以保证正常使用可靠性概率为99.79%,能满足聚光镜结构正常使用的要求。     

遗传算法在桥梁结构地震可靠性分析中的应用

本论文介绍和总结了目前桥梁结构可靠度问题的研究现状,建立了桥梁结构在随机地震荷载作用下可靠度分析的模型,讨论了桥梁结构在地震力作用下危险截面的选取问题,解决了功能函数的复杂性和难于求导的问题,利用遗传算法对桥梁结构进行了可靠性分析,并与JC算法进行了比较研究。最后,通过算例说明了本文方法的可行性和正确性,本方法可为桥梁结构地震可靠性分析和加固提供理论依据和参考意见。     

基于阻尼器反力墙体系的特大型LNG储罐控制研究

特大型液化天然气（LNG）储罐的固有频率通常介于2~10 Hz之间,处于大部分地震运动的频率范围之内。在过去的几十年中,许多事故已经证明,储罐在地震作用下很容易遭破坏。使用隔震支座来减少储罐的地震作用已经被证明是非常有效的,但对于特大型LNG储罐,其连接组件对隔震层层间位移有严格限制,尤其是在软土场地中,桩水平抗力与隔震层位移是一对矛盾,普通隔震系统会在隔震层产生较大位移,导致特大型LNG储罐连接组件的设计非常困难。因此提出了一种由环形阻尼器反力墙、粘滞阻尼器以及安装于基桩顶端的隔震支座组成的新型隔震系统,反力墙独立设置于地基中,不与桩基连接,罐底的部分剪力直接向反力墙传递。以容量为16万m3的特大型LNG储罐为例,建立多自由度集中质量简化模型,以层间位移、桩基剪力作为性能指标进行了评价分析。结果显示,新型隔震系统对特大型LNG储罐隔震层位移及桩基剪力的控制非常有效。     

Investigation of the dynamic behaviour of a storage tank with different foundation types focusing on the soil‐foundation‐structure interactions using centrifuge model tests

This paper proposes a dynamic centrifuge model test method for the accurate simulation of the behaviours of a liquid storage tank with different types of foundations during earthquakes. The method can be used to determine the actual stress conditions of a prototype storage‐tank structure. It was used in the present study to investigate the soil‐foundation‐structure interactions of a simplified storage tank under two different earthquake motions, which were simulated using a shaking table installed in a centrifuge basket. Three different types of foundations were considered, namely, a shallow foundation, a slab on the surface of the ground connected to piles and a slab with disconnected piles. The test results were organised to compare the ground surface and foundation motions, the slab of foundation and top of structure motions and the horizontal and vertical motions of the slab, respectively. These were used to establish the complex dynamic behaviours of tank models with different foundations. The effects of soil–foundation–structure interaction with three foundation conditions and two different earthquake motions are focused and some important factors, that should be considered for future designs are also discussed in this research. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析

地震作用下大型储液罐的安全问题日益引起重视。基于ANSYS软件建立储罐液体耦合有限元模型,考虑罐底非线性接触效应,以El-Centro南北向和竖直向记录地震波为输入,研究水平激励以及水平和竖向同时激励两种工况下储罐的动力响应。研究结果表明,两种工况下靠近罐底1.2m处均发生了"象足"变形,竖向激励下水平相对位移增加了14%。竖向激励使得罐壁环向应力和轴向压应力均有不同程度的增加。竖向地震激励对液面的竖向晃动影响较小。储液罐底板在地震作用下发生了竖向提离和永久滑移,竖向激励时增长幅度均在10%左右。同时罐体基底剪力在竖向地震作用下也有所增大。储罐抗震设计时应考虑竖向地震分量的影响,研究结论可为立式储罐的抗震设计提供一定的参考和依据。     

Seismic fragility of base-isolated water storage tanks under non-stationary earthquakes

Seismic fragility curves for fixed-base and base-isolated liquid storage tanks are developed under non-stationary earthquakes, and their seismic performance are compared. The correlation between different earthquake intensity measure (IM) parameters and peak response quantities of the base-isolated liquid storage tanks are investigated. The failure criteria are chosen based on (1) the elastic buckling strength of the tank wall, which is defined in terms of critical base shear and critical overturning moment, and (2) in terms of the critical isolation displacement. The uncertainty involved is considered in the earthquake characteristics. Non-stationary earthquake ground motions are generated using Monte Carlo (MC) simulation. Influence of the isolator characteristic parameters and modeling approaches on the seismic fragility of the base-isolated liquid storage tanks is also investigated. Peak ground acceleration is found to be the well correlated IM parameter with the peak response quantities of the base-isolated liquid storage tanks. Substantial decrease in the seismic fragility of the base-isolated liquid storage tanks is observed as compared to the fixed-base tanks. Significant influence of the isolator characteristic parameters on the seismic fragility of the base-isolated liquid storage tanks are reported in the present study.     

On the seismic behavior of cylindrical base-isolated liquid storage tanks excited by long-period ground motions

A common effective method to reduce the seismic response of liquid storage tanks is to isolate them at base using base-isolation systems. It has been observed that in many earthquakes, the foregoing systems significantly affect on the whole system response reduction. However, in exceptional cases of excitation by long-period shaking, the base-isolation systems could have adverse effects. Such earthquakes could cause tank damage due to excessive liquid sloshing. Therefore, the numerical seismic response of liquid storage tanks isolated by bilinear hysteretic bearing elements is investigated under long-period ground motions in this research. For this purpose, finite shell elements for the tank structure and boundary elements for the liquid region are employed. Subsequently, fluid–structure equations of motion are coupled with governing equation of base-isolation system, to represent the whole system behavior. The governing equations of motion of the whole system are solved by an iterative and step-by-step algorithm to evaluate the response of the whole system to the horizontal component of three ground motions. The variations of seismic shear forces, liquid sloshing heights, and tank wall radial displacements are plotted under various system parameters such as the tank geometry aspect ratio (height to radius), and the flexibility of the isolation system, to critically examine the effects of various system parameters on the effectiveness of the base-isolation systems against long-period ground motions. From these analyses, it may be concluded that with the installation of this type of base-isolation system in liquid tanks, the dynamic response of tanks during seismic ground motions can be considerably reduced. Moreover, in the special case of long-period ground motions, the seismic response of base-isolated tanks may be controlled by the isolation system only at particular conditions of slender and broad tanks. For the case of medium tanks, remarkable attentions would be required to be devoted to the design of base-isolation systems expected to experience long-period ground motions.     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析 II:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明:尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算"小震"作用下结构的承载能力可靠度和"大震"作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在"中震"和"大震"作用下结构的极限承载能力可靠度。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析Ⅱ:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明：尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算“小震”作用下结构的承载能力可靠度和“大震”作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在“中震”和“大震”作用下结构的极限承载能力可靠度。     

Seismic isolation of rigid cylindrical tanks using friction pendulum bearings

Storage tanks are vulnerable to earthquakes, as numerous major earthquakes have demonstrated. The trend of recent revisions to make seismic design criteria for large‐scale industrial storage tanks increasingly stringent has made development of cost‐effective earthquake‐resistant design and retrofit techniques for industrial tanks imperative. This study assesses the feasibility of seismic base isolation for making liquid‐filled storage tanks earthquake resistant. The sliding‐type friction pendulum seismic (FPS) bearings are considered rather than the elastomeric bearings because the dynamic characteristics of an FPS‐isolated tank remain unchanged regardless of the storage level. This work has devised a hybrid structural‐hydrodynamic model and solution algorithm, which would permit simple, accurate and efficient assessment of the seismic response of rigid cylindrical storage tanks in the context of seismic isolation. Extensive numerical simulations confirm the effectiveness of seismic base isolation of rigid cylindrical tanks using FPS bearings. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响

为了研究高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响,考虑高阶晃动振型,建立LNG储罐的简化力学模型,推导LNG储罐的运动控制方程,给出了LNG储罐的基底剪力、倾覆弯矩和储罐内液体晃动波高的表达式。以某16×10⁴ m³ LNG储罐为例,采用大型通用有限元分析软件ADINA System对其进行有限元模型分析,验证其修正模型的有效性,结果表明:高阶晃动振型对基底剪力和倾覆弯矩几乎无影响,但对晃动波高影响显著,尤其是长周期地震动作用下,并且考虑高阶晃动振型的晃动波高存在延时效应。提出的简化力学模型修正公式与有限元分析结果吻合较好,可以准确地预测LNG储罐地震响应。     

考虑桩土作用的储罐模拟地震振动台试验

为研究考虑桩土相互作用的储液罐的动力响应及长周期地震波对储液晃动、储罐提离的影响,根据量纲分析法设计了桩-土-储罐模型进行了振动台试验。试验中采用4条基岩波、4条地表波进行振动台试验。试验显示基岩波与地表波输入时,体系变化规律基本一致,其结果表明:土体地表加速度被放大,且输入加速度峰值增加,地表加速度放大倍数减小;一般地震波时,随着输入加速度峰值的增加,储液晃动波高大致呈线性增加。长周期地震波下则为非线性增加,且晃动波较大。此外,液体产生的晃动波高与储罐类型相关。细高型储罐产生的波高稍大;储罐提离高度随着输入加速度峰值的增加呈非线性增长。长周期地震波激励下,储罐提离高度小于一般地震波时的提离高度。细高型储罐在长短周期地震波激励下,提离高度较为接近,而一般储罐在两种地震波激励下,提离高度相差较大。细高型储罐提离高度大于一般储罐的提离高度。建议在储罐设计时考虑长周期地震波的影响。