单一震源下生命线系统失效概率分析的新方法(一)--系统可靠路径与失效路径的识别

本文第一部分提出一类识别生命线系统可靠路径与失效路径的新方法，该方法从系统发生概率最大的可靠路径出发，采用递推分解的思路，识别出系统的互斥可靠路径和互斥失效路径，并给出系统失效概率的表达式和失效概率上下界表达式。实例分析表明，该识别方法的计算复杂性较小并具有较高的运算效率。     

地震作用下串、并联工程系统中结构失效相关性的近似处理

“工程系统”指的是工程项目所包括的主要工程结构的集合。当工程项目具有不止一个主要结构时,各结构单独优化的所组成的集合不一定是全局最优的工程系统。工程系统全局优化过程中非常重要的一环就是该系统失效概率的计算。这时必须考虑而又非常困难的问题就是系统中各个结构之间失效相关性的问题。我们认为,在自然灾害作用下各结构之间的失效相关性主要决定于自然灾害的程度,强度愈高相关性就愈大。据此,给出了这个问题的近似处     

网络可靠度分析的最小割递推分解算法

基于不交最小割求解系统失效概率的思想,提出了求解网络系统失效概率的最小割递推分解算法。在此基础上,利用概率不等式给出了失效概率的上、下界,从而可以通过控制上、下界之间的误差来获得计算精度和计算时间之间的平衡。计算实例分析表明,该算法能计算给出中、小型网络失效概率的精确值,并能够高效、高精度地求解出大型复杂网络系统的失效概率。     

基于IDA的钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥抗震易损性分析

以一座最大墩高110m钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用Open Sees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。结果表明:纵向地震作用下该类桥梁墩高突变明显时,低墩较高墩对地震动更敏感,应充分注意墩高突变区域抗震设计;高耸钢管混凝土格构墩柔性较好,在可预料地震作用下几乎不会发生严重损伤和完全破坏,抗震性能良好;该桥系统失效概率大于结构中最易破坏支座失效概率。     

结构模糊随机可靠度的实用计算方法

本文以模糊随机变量为基本变量，定义了结构的模糊随机功能函数，分析了结构有效状态与失效状态之间的模糊性，建立了结构的模糊随机极限状态方程。利用序关系给出单失效模式结构的模糊安全准则，讨论了ａ－约束水平条件下单失效模式结构的失效概率、可靠度及可靠指标，进而得出结构的模糊随机失效概率、模糊随机可靠度及模糊可靠指标等。本文给出的具体计算方法和目前设计规范中彩的方法是相对应的。     

失效相关串联工程系统可靠度的最优分布

根据我们在文献〔1〕提出的失效相关串联工程系统可靠度的估算方法,本文进一步研究了失效相关串联工程系统可靠度的最优分布问题,解决了在工程系统总可靠度约束下使其总投入最小和在工程系统总投入限制下使其总可靠度最大等优化问题。根据优化问题的极值条件,建立了求可靠度最优分布的迭代算法,并计算了若干例题。     

硬弹簧滑移系统稳态随机响应的等效化预测及适用性分析

以高斯白噪声作用下的刚性滑动摩擦体系为例,利用相对刚度硬化系数指标同时定义了系统位移响应的峰值与差值累计量指标。基于蒙特卡洛模拟结果,对比分析了硬弹簧滑移系统对高斯白噪声作用稳态响应的几种等效化预测方法的精度。分析表明:对于取定的相对刚度硬化系数η,当其值较小时,阻尼等效线性化法的峰值差和差值累计量一般较其它两种等效化法的相应值大;当η值增大时,等效非线性系统法的峰值差和差值累计量最大,而完全等效线性化法的峰值差和差值累计量最小。与数字模拟的失效概率相比,等效非线性系统法将低估不同阈值下滑移系统的滑移失效概率,完全等效线性化法在预测阻尼弱非线性系统及噪声强度较高的滑移系统的滑移失效概率时,与数字模拟的结果吻合较好。     

建筑结构不同性能水平失效概率的合理比例关系研究

在基于性能的抗震设计中,为了使结构在整个生命周期内费用达到最小,不仅需要确定各个性能水平的目标失效概率,同时还需要确定不同性能水平目标失效概率之间的合理关系。本文针对这个问题。研究了在结构造价一定的情况下,不同性能水平失效概率的合理比例关系,使得在设计基准期内结构损失达到最小。在本文中,根据我国建筑抗震设计规范的条件,仅考虑“小震不坏”和“大震不倒”两个性能水平。     

供电网络系统的可靠性分析

研究了生命线工程系统中供电网络系统的可靠性分析方法。在元件可靠性分析的基础上,进行供电网络系统工程地震可靠性分析,提出了供电网络系统功能失效分级及失效等级的判定方法,并建立了功能失效系数的概念,给出了供电网络系统功能失效系数的计算方法,从而实现了供电网络系统功能失效分析的定量化。     

地震荷载作用下相关性对结构可靠度的影响

当一个结构系统承受偶发的不确定地震荷载时,其结构单元或元素失效无效的相关性在系统可靠度评估中的十分重要,该相关性的产生,是由于结构系统同时受某一基本随机变量的影响,如地震峰值地面加速度,荷载效应转换或构件承载力等,本文分析了考虑该相关的必要性,此外,还给出了一个考虑相关性的简单方法,可用于估计一个等关联性和等可靠度单元的并联系统的失效概率,该方法由拉斯渐进副近积分法导出。     

基于动力可靠度的隔震结构参数模糊优化

分别选取Bouc—Wen和退化Bouc—Wen模型描述隔震层及上部结构滞变回复力，采用虚拟激励法进行隔震结构随机响应分析。用各层最大层间位移响应和累计疲劳损伤指数建立双参数的功能状态方程，用一次二阶矩理论计算隔震结构失效概率。选用一个隔震框架作为数值算例，探讨了低频过滤器、隔震阻尼比和隔震刚度对隔震结构各子系统条件失效概率的影响。建立了隔震结构参数多目标优化模型，用失效概率确定单因素评判的隶属度，并采用最大隶属度法对隔震参数进行模糊优化。     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

基于安全性分析电力系统地震功能失效研究

电力系统地震功能失效有两种方式,一是物理功能失效,二是供电流功能失效。对系统供电流功能失效进行了深入的研究。首先用模糊矩阵对受地震干扰的系统进行连通性分析,之后运用灵敏度安全法对系统进行安全性分析。该方法是将因地震引起的电力供应系统线路开断视为系统正常运行的一种扰动,从系统供电流方程的Taylor级数展开式出发,得到灵敏度矩阵,以系统节点注入的功率增量来计算系统运行变量增量,为判断系统运行状态提供依据。最后结合一个实例验证了该方法的实用性,该工作可作为电力系统地震功能失效分析的理论基础,为电力系统地震防灾和工程加固提供理论依据。     

SMA-VED混合自复位支撑钢框架地震易损性与风险分析

本文提出了一种新型形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）-黏弹性阻尼器（ViscoelasticDamper,VED）自复位支撑,设计了普通预应力筋自复位支撑钢框架与SMA-VED自复位支撑钢框架。采用组合模型以及改进材料模型准确模拟了支撑的力学行为,详细讨论了考虑构件失效的模拟方法,通过试验确定了VED的失效应变范围,最后基于概率统计方法进行了易损性分析以及全周期风险分析。研究发现: SMA-VED自复位支撑可显著提升框架抗震性能;倒塌风险以及残余变形超越概率均显著低于普通预应力筋自复位支撑钢框架,下降比例最高超过50%。预应力筋断裂失效导致框架倒塌风险可提高5倍以上; SMA-VED自复位支撑失效会造成残余变形超越概率有所上升但幅度不大。总体来说,SMA-VED自复位支撑钢框架具备更好的地震鲁棒性。     

钢筋混凝土框架结构造价与失效概率之间的近似关系研究

本文以层间位移角作为结构性能参数,分析了钢筋混凝土框架结构层间变形能力,以及在水平地震作用下层间位移反应。考虑钢筋混凝土框架结构材料强度和几何尺寸以及地震作用的不确定性,得出了在设计基准期内结构的失效概率。同时分析了不同设计参数下结构的最小造价,在此基础上,确定了结构最小造价和失效概率之间的近似关系。目的是为采用“投资—效益“准则确定该类型结构目标性能水平提供分析依据,从而为采用基于性能抗震设计理念制定建筑结构抗震设计规范提供基础研究。本文中,结构失效概率指结构最终极限状态的失效概率。     

随机结构动力可靠度估计算法的对比分析

对比分析了随机结构动力可靠度计算的三种估计算法.渐进展开法是基于Laplace算法对概率积分进行渐进估计的,此法通过计算最大被积分式值对应点,并将其代入概率积分的渐进估计表达式求解失效概率.由于概率积分的主要贡献来自于最大被积分式值对应点的周围,因此本文的重要抽样法假定重要抽样函数的最大似然值等于最大被积分式值对应点值.极值分布-泰勒展开法首先通过结构随机参数的极值分布函数给出失效概率的表达式,随后利用泰勒展开法对失效概率进行估计,其中采用中心差分法对极值分布函数的梯度进行估算.最后应用三种算法和Monte Carlo法对受高斯白噪声激励作用的单自由度随机结构进行了计算,结果表明三种方法不但运算简便,而且对比Monte Carlo法计算效率有显著提高.     

山东省某立交桥工程场地地震构造环境与地震动参数确定

通过山东省某立交桥工程场地地震构造环境、地震活动特征和场地条件勘探,评价了工程场地的稳定性。利用地震危险性概率分析方法获得了场地50年超越概率10%、5%和2%,100年超越概率5%和2%的基岩地震动参数。采用一维剪切波理论进行了场地土层地震动反应分析,确定了工程场地抗震设计参数。本项研究成果为山东省某立交桥工程选址和抗震设计提供了科学依据。     

基于性能目标的一种核电站抗震设计方法研究

核电站在设计基准期因地震可能引起的破坏与核电站抗震性能设计水准的高低有直接的关系。美国土木工程协会(ASCE)根据美国能源部门对电站在自然灾害下的设计理论做进一步的研究,提出了ASCE 43-05规范的设计方法。该方法运用了成熟的概率地震危险性分析和地震易损性分析基本原理,提出了基于性能目标的设计方法。由于我国还缺少这方面的研究,故系统推导了该方法,并给出了参数变化时该方法的两个性能目标达到的程度。另外,评估核电站结构、系统和组件(SSC)的高置信低失效(HCLPF)是目前评估核电站的主要指标,研究了ASCE 43-05规范设计方法的HCLPF值,得出了该方法在不同条件下满足性能目标的要求,和具备高置信低失效的要求。最后,进行了算例验证和计算分析,为今后我国核电站的设计提供技术参考。     

埋地管道震害预测方法简述

埋地管道是城市生命线工程的重要组成部分,在地震时较易发生震害。影响埋地管道在地震中破坏特点的因素,主要是强烈的地面运动或场地失效以及管材、管径等因素。研究方法以基于经验统计的方法在实际应用中比较多。本文分别对基于理论计算和经验统计的震害预测方法进行了简述和比较,最后提出了基于综合概率的埋地管道分析预测模型。     

山东移动通讯枢纽工程场址的地震环境与地震动参数确定

简要介绍了山东移动通信枢纽工程场地所处的地震环境、历史地震影响以及工程场地条件,利用地震危险性概率分析方法确定了50年超越概率为63％、10％和2％时工程场地平均土条件下的地震烈度、基岩地震动参数,并依据一维剪切波理论进行了场地地震反应分析,得到了具体的抗震设计参数。