基于增量动力分析(IDA)方法的地震易损性工程实例分析

增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是一种以动力弹塑性时程分析为基础的参数分析方法,而建筑结构的地震易损性分析是指在不同强度地震作用下结构达到或超过某种极限状态的概率。文章基于IDA分析方法,通过选取一定数量的地震动记录,指定地震动强度指标并做归一化处理,利用OpenSees软件平台向结构碰撞数值模型输入地震动数据,计算得出结构倒塌概率,以地震动参数为随机变量,对数据进行拟合分析,建立倒塌概率易损性曲线,验证IDA方法的可靠性以及Opensees软件对于该类问题的适用性。     

复杂高层结构基于增量动力分析法的地震易损性分析

增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是一种以动力弹塑性时程分析为基础的参数分析方法,计算结构在不同地震动强度作用下的响应,能够反映结构体系随地震动强度的变化,经历弹性、弹塑性直至倒塌的全过程性能.而建筑结构的地震易损性是指在不同强度地震作用下结构达到或超过某种极限状态的条件概率.因此,增量动力分析的结果提供了结构地震易损性分析所需的数据.本文在增量动力分析的基础上,结合地震易损性分析,提出基于IDA的地震易损性分析方法,并采用该方法对某复杂超限高层结构进行抗震性能评估,得出该结构在3个地震水准下,超越5个极限状态的概率.研究表明,基于增量动力分析的易损性分析结果,可为预测重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据.     

非正规设计框架结构抗震加固支撑效果对比研究

近年来,随着经济、技术的进步以及抗震意识的加强,建筑结构加固也飞速发展。在地震多发的农村地区,为了提高建筑结构的抗震性能,但同时又缺乏一定的经济基础和理论知识支撑,导致很多简单粗糙的支撑建筑结构的措施出现,这些支撑方案大多缺乏科学的设计与评估。本文针对这一现象,以某典型的非正规设计的3层2跨框架结构为例,分析评价支撑边框和支撑中框对该框架结构地震作用下抗倒塌性能的影响。通过增量动力分析（IDA）计算方法,结合结构易损性方程评估结构的抗倒塌能力,计算结果表明支撑中框和支撑边框能够将非正规结构在罕遇地震作用下的倒塌概率从17.5%降至2.4%和6%。在此基础上,进一步分析了2种支撑位置对结构在3个典型地震强度作用下对结构响应的影响。结果表明,支撑框架结构中框对结构抗倒塌能力的提升和抗震性能的保证效果比支撑边框更好,在条件允许的情况下,应优先考虑支撑中框。     

公共建筑结构的抗地震倒塌能力优化评估分析

以往基于模态增量动力方法对公共建筑进行抗地震倒塌能力评估时是单纯地从总体角度进行考察的,其得到的结果较为粗糙,无法准确反映出公共建筑的抗地震倒塌能力,导致其经济效益较差。提出新的公共建筑结构抗地震倒塌能力优化评估方法以分析公共建筑整体的抗地震倒塌能力,总结出其与子结构以及构件三者间的关系,进而研究构件的损毁情况,以实现对建筑抗地震倒塌能力的整体评估。基于公共建筑的倒塌破坏区间,采用其结构抗震倒塌能力评估方法,对公共建筑结构的抗地震倒塌能力实施优化评估分析,得到其具体破坏指数,实现对其进行准确评估。实验结果说明,所提方法可准确描述公共建筑结构的抗地震倒塌能力,提高建筑结构抗地震倒塌能力和经济效益。     

基于推覆分析的RC框架地震倒塌易损性预测

基于倒塌率的结构倒塌易损性分析是目前评价结构抗倒塌能力最合理的方法.但是,目前基于增量动力分析(IDA)的倒塌率分析方法,工作量和实施难度大,很难直接用于工程设计,因此有必要研究便于工程应用的新方法.本文基于18个典型多层RC框架结构的IDA倒塌率分析和静力推覆分析,发现RC框架在大震下的倒塌率及抗倒塌安全储备(CMR)与静力推覆得到的结构位移安全储备之间存在较好的相关关系.依据此关系,建议了保证大震倒塌率的推覆位移安全储备,并通过9个RC框架结构算例进行了验证.本文方法简单易行,可供规则多层RC框架结构抗倒塌设计参考.     

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。     

基于单地震动记录IDA方法的结构倒塌分析

增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)作为静力Pushover分析的动力拓展,可以全面、准确地分析结构的性能变化,尤其可以很好地分析结构倒塌这一动力失稳问题.本文基于单地震动记录的IDA方法,提出了"折半取中"原则,以确定结构倒塌极限状态点.以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别考虑钢筋强化模型、理想弹塑性模型和软化模型,对其进行倒塌分析.结果表明:钢筋的屈服后强化特性对结构抗倒塌能力具有显著的影响.     

按现行规范设计的Ⅷ度区RC框架结构的倒塌性能评估

选取按照现行规范设计的既有建筑进行有限元建模,考虑地震动的不确定性对其进行大量增量动力分析(IDA),得到模型的IDA曲线簇。在此基础上对其进行地震需求概率分析和概率抗震能力分析,拟合得到结构的易损性曲线,据此对结构的倒塌概率进行定量评估,并比较基于非线性分析与性能评估软件PERFORM-3D的纤维模型和塑性铰模型的分析结果。结果表明:按照我国现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架结构,在预期的罕遇地震作用下倒塌概率较小,可满足"大震不倒"的要求;基于PERFORM-3D的截面纤维模型所得的RC框架结构,经非线性分析所得的倒塌概率相对保守,安全储备更高。     

基于增量动力分析方法的高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估

传统方法对高层建筑框架结构抗倒塌可靠性进行评估时,只是单纯的从整体角度进行分析,导致得到的结果不够精确,无法准确反映出高层建筑框架结构的抗倒塌能力。文章提出了基于增量动力分析的高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估方法,对高层建筑框架结构安全储备进行详细分析,获取建筑框架结构倒塌储备系数;在此基础上,采用增量动力分析法设定高层建筑框架结构抗倒塌能力系数,并根据该系数得到高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估流程。测试结果表明,所提方法得出的评估结果可信度较高,实现了高层建筑框架结构抗倒塌的准确评估。     

基于构件拆除法的RC框架结构动力反应和抗倒塌能力分析

目前,地震及爆炸荷载下的结构连续倒塌问题已成为土木工程领域研究的热点。本文首先简要介绍了国内外有关连续倒塌问题的研究现状和规范制定情况,然后基于OpenSees模拟平台,对一钢筋混凝土框架结构进行了拆除柱构件的动力分析。计算结果表明:拆除边柱比拆除内柱对结构的倒塌危险性要大,楼板对拆除构件后结构的动力反应有一定的减小作用。依据美国公共事务管理局(GSA)的倒塌规范,采用静力非线性分析和竖向增量动力分析对结构抗连续倒塌能力进行了研究。分析结果表明:楼板在一定程度上可提高结构抗连续倒塌能力;动力放大系数(DAF)随结构进入塑性而逐渐增大;由静力非线性分析曲线得到的结构抗连续倒塌能力曲线与竖向增量动力分析曲线吻合较好。     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

Application of MPA to estimate probability of collapse of structures

This paper develops a modal pushover analysis‐ (MPA) based approximate procedure to quantify the collapse potential of structural systems. The computationally demanding incremental dynamic analysis (IDA) of the structural system is avoided by MPA of the structure in conjunction with empirical equations for the collapse strength ratio for the first‐mode single‐degree‐of‐freedom (SDF) system; higher modes of vibration play essentially no role in estimating the ground motion intensity required to cause collapse of the structure. Presented are collapse fragility curves for 6‐, 9‐, and 20‐story regular special moment‐resisting teel frames computed by the exact and approximate procedures, demonstrating that the MPA‐based approximate procedure requires only a small fraction (1% in one example) of the computational effort inherent in exact IDA and still achieves highly accurate results. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic reliability assessment of a steel moment-resisting frame with two different ductility levels using a cloud analysis approach

A cloud method for generating percentile engineering demand parameter versus intensity measure(EDP-IM) curves of a structure subjected to a set of synthetic ground motions is presented. To this end, an ensemble of synthetic ground motions based on available real ones is generated. This is done by using attenuation relationships, duration and suitable Gutenberg-Richter relations attributed to the considered seismic hazard at a given site by estimating a suitable distribution of magnitude and site to source distance. The study aims to clarify the significance of the duration and frequency content on the seismic performance of structures, which were not considered in developing percentile incremental dynamic analysis(IDA) curves. The collapse probabilities of two steel moment-resisting frames with different ductility levels generated by IDA and the proposed cloud method are compared at different intensity levels. When compared with conventional IDA, the suggested cloud analysis(SCA) methodology with the same run number of dynamic analyses was able to develop response hazard curves that were more consistent with site-specific seismic hazards. Eliminating the need to find many real records by generating synthetic records consistent with site-specific seismic hazards from a few available recorded ground motions is another advantage of using this scheme over the IDA method..     

基于易损性的基础隔震结构地震动选取方法研究

对基础隔震结构进行动力弹塑性时程分析时,地震记录的选择是关键.提出基于基础隔震结构弹塑性动力放大系数谱进行地震记录选取的方法:首先采用动力弹塑性时程分析方法对基础隔震结构的两自由度简化模型进行分析,得到结构的动力放大系数谱;然后采用谱匹配的方法选取地震记录,对一8层混凝土框架结构的基础隔震结构进行增量动力分析、地震易损...     

Developing efficient scalar and vector intensity measures for IDA capacity estimation by incorporating elastic spectral shape information

Scalar and vector intensity measures are developed for the efficient estimation of limit‐state capacities through incremental dynamic analysis (IDA) by exploiting the elastic spectral shape of individual records. IDA is a powerful analysis method that involves subjecting a structural model to several ground motion records, each scaled to multiple levels of intensity (measured by the intensity measure or IM), thus producing curves of structural response parameterized by the IM on top of which limit‐states can be defined and corresponding capacities can be calculated. When traditional IMs are used, such as the peak ground acceleration or the first‐mode spectral acceleration, the IM‐values of the capacities can display large record‐to‐record variability, forcing the use of many records to achieve reliable results. By using single optimal spectral values as well as vectors and scalar combinations of them on three multistorey buildings significant dispersion reductions are realized. Furthermore, IDA is extended to vector IMs, resulting in intricate fractile IDA surfaces. The results reveal the most influential spectral regions/periods for each limit‐state and building, illustrating the evolution of such periods as the seismic intensity and the structural response increase towards global collapse. The ordinates of the elastic spectrum and the spectral shape of each individual record are found to significantly influence the seismic performance and they are shown to provide promising candidates for highly efficient IMs. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于性能的地震工程研究的新进展及对结构非线性分析的要求

结合国际地震工程界提出的新一代基于性能的地震工程的框架方法,重点阐述了性能评估中涉及的主要问题。对性能评估使用的静力非线性分析、动力非线性分析方法进行了总结,在此基础上详细阐述了在基于概率的性能评估中有应用前景的增量动力分析方法的概念、相关问题及其应用,并简要介绍了基于增量动力分析思想提出的一些简化方法。最后提出了今后研究的建议,特别是结构非线性分析方面的研究重点。     

Incremental dynamic analysis with consideration of modeling uncertainties

Incremental dynamic analysis (IDA) has been extended by introducing a set of structural models in addition to the set of ground motion records which is employed in IDA analysis in order to capture record‐to‐record variability. The set of structural models reflects epistemic (modeling) uncertainties, and is determined by utilizing the latin hypercube sampling (LHS) method. The effects of both aleatory and epistemic uncertainty on seismic response parameters are therefore considered in extended IDA analysis. The proposed method has been applied to an example of the four‐storey‐reinforced concrete frame, for which pseudo‐dynamic tests were performed at the ELSA Laboratory, Ispra. The influence of epistemic uncertainty on the seismic response parameters is presented in terms of summarized IDA curves and dispersion measures. The results of extended IDA analysis are compared with the results of IDA analysis, and the sensitivity of the seismic response parameters to the input random variable using the LHS method is discussed. It is shown that epistemic uncertainty does not have significant influence on the seismic response parameters in the range far from collapse, but could have a significant influence on collapse capacity. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.