基于目标-能力差距分析的建筑物抗震韧性评估方法

传统建筑物地震易损性分析忽略了不同种类建筑物在城市抗震防灾全周期中所发挥的作用,缺乏对灾后功能恢复能力的分析。针对该问题,从规划视角入手,提出基于目标-能力差距分析的建筑抗震韧性评估方法。首先,确定不同防灾功能建筑物的重要度分级,提出用功能损失和恢复时间两个指标量化表征多水准下建筑物的抗震韧性目标;其次,基于结构易损性分析估算建筑物的功能损失值,采用指数型和直线型两种恢复模型评估建筑物的恢复时间值;然后,基于功能损失值、恢复时间值与目标值之间的差距,确定建筑物的抗震韧性等级,从而根据建筑物重要度等级确定震前保障和震后救援的优先次序和韧性提升策略,为抗震防灾规划的编制提供支撑。     

损失分布和非结构损失对房屋建筑地易损性的影响

房屋建筑的地震易损性是地震损失评估和地震巨灾风险模型的基础。作为房屋建筑的重要组成部分,各类非结构构件的损失在现有的易损性模型中并未得到足够重视。本文以一栋典型钢筋混凝土框架结构教学楼为对象,通过将房屋建筑中的各类构件划分为具有不同地震损伤特性和损失后果的易损性组,考察建筑内的损失分布和非结构损失对房屋建筑地震易损性的影响。分析结果表明:由于许多非结构构件在中小地震作用下即可能发生较严重的破坏,房屋建筑在中小地震下的易损性主要受非结构损失控制;随着地震动强度等级的不断提高,结构损伤渐趋严重,结构损失对整体建筑易损性的影响不断增大;在结构进入震后不可修状态之前,建筑不同楼层的损失分布是评估建筑地震损失时不可忽略的因素。     

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.     

汶川地震震后恢复重建工程资金分布特点浅析及应用

采用统计拟合的方法,详细分析了汶川地震震后恢复重建工程资金的分布特点,依据震后恢复重建工程资金与烈度、人口、GDP和损失的拟合关系,提出了基于人口、地震灾害损失、GDP等因素的3个震后恢复重建工程资金快速评估模型,并利用宁洱地震数据验证经验公式的可行性。震后恢复工程资金分布特点及资金评估经验公式对未来地震进行恢复重建规划有良好的借鉴作用。     

结构可恢复性与加固效益评估方法——以BRB加固RC框架为例

为量化评估加固前后结构的可恢复能力及其投资与效益关系,文中结合不同柱端弯矩增大系数η_c的RC框架采用防屈曲约束支撑加固的工程应用,系统的给出可恢复性评价以及加固效益评估理论体系。采用蒙特卡罗方法,在考虑RC框架剩余功能、恢复函数形式、恢复时间以及地震动不确定性的基础上得到加固前后结构可恢复性指标。结合结构的损失提出加固效益指标计算方法,基于该指标评价加固方法在服役期内的经济效益。研究结果表明:在相同地震动强度下,η_c越大,结构可恢复水平越高;随着地震动强度增大,结构可恢复能力先缓慢下降后快速下降;加固后结构可恢复性显著提高,且地震动强度越大,结构可恢复性相对增长率越大;在相同服役年限内,η_c越大,加固的经济效益越明显;结构服役年限越长,加固的性价比越高。     

渤海地区地震危险性特征及对工程抗震设防的启示

本文分析了渤海海域地震构造环境及地震活动特征,总结了近年来对该地区潜在震源区划分的一些新认识,分析了地震危险性区划结果.在此基础上,引入地震危险性特征参数K对研究区进行地震危险性分区,通过不同场点的地震危险性曲线证明了地震环境造成的危险性差异,并以研究区内3个概率水准的地震动峰值加速度的比值统计证明了引入地震危险性分区的必要性.研究表明:(1)不同概率水准的地震动参数之间不存在固定的比例关系,受地震环境影响,地震危险性分区和地震动参数区划图结合使用可以更准确地反应地震危险性特征;(2)对于一般工程,根据地震动参数区划图所给的50年超越概率10%的地震动参数折算所得到的小震的地震作用不具有统一的概率水准,抗震设防目标的实现没有科学保证;海洋平台抗震设计中利用强度水平地震推算得到韧性水平地震作用也不具有统一的概率水准;(3)将地震危险性分区和地震动参数区划结合使用或编制统一抗倒塌水准的区划图是一般工程抗震设防的科学做法,对于海洋平台的抗震设防,宜明确韧性水平地震作用的概率水准.     

北京地区不同超越概率水准下基岩峰值加速度分析

基于中国地震动参数区划图、华北平原地震带和汾渭地震带地震活动性参数、华北地区地震动参数衰减关系,计算北京地区50年、70年、100年不同超越概率水准下基岩峰值加速度.并分析不同年限各超越概率水准下的峰值加速度与该年限超越概率10％的峰值加速度比值,发现各计算格点的比值普遍偏小,按照当前抗震设防标准,所考虑的地震作用偏于保守且安全.     

结构震后残余位移研究进展

结构在强震作用下进入非线性阶段会产生不可恢复的永久位移或残余变形,结构残余位移是震后结构抗震性能和地震损失评估的重要参数,具有重要的理论意义和工程实用价值。为了深入分析残余位移的研究现状,为面向性态抗震设计和抗震韧性评估的地震动强度指标研究提供参考,全面和系统分析了国内外结构残余位移相关文献,介绍了残余位移的定义,重点论述了影响结构残余位移的主要因素,总结归纳了残余位移计算模型、残余位移控制方法及考虑残余位移的抗震性能评估方法,最后讨论了残余位移研究中存在的问题和建议。     

基于宏观易损模型的河北省震后快速评估

在区域大尺度、小尺度的地震灾后经济损失快速评估中运用宏观易损性模型,结合宏观经济指标——GDP(国内生产总值)进行快速评估的方法已得到了多方验证,成为震后灾害经济损失快速评估中较为成熟的方法。利用该方法结合第五代《中国地震动参数区划图》对河北省区县级尺度的地震灾害损失进行快速评估,为今后地震事件的快速灾害损失评估提供参考。     

山西地震应急评估系统模型本地化研究

地震发生时,地震应急指挥技术系统在应急基础数据库的支持下,可以迅速判断地震的规模、影响范围、人员伤亡、经济损失等情况。文章对影响计算结果的破坏矩阵、影响场模型等进行了分析,并分别与历史地震震后实际的灾害损失情况进行对比,以找到适合山西地区的本地化模型参数,为地震应急指挥提供科学的参考依据。     

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。     

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。     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析

基于“强柱弱梁”的屈服机制,依据能量平衡方法设计了某6层RC框架结构,采用震级-震中距条带地震动记录选取方法,选取12条随机地震动,利用Perform-3D有限元分析软件对结构进行增量动力（IDA）分析,得到了结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线以及结构破坏概率矩阵。分析结果表明:该方法设计的结构能够形成预设的“强柱弱梁”屈服机制,可以保证结构中梁充分参与耗能,同时结构具有较强的抗倒塌能力,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能要求。     

形状记忆合金混凝土框架建筑抗震性能研究

地震作用会造成钢筋混凝土框架发生平面和垂直方向的变形,导致其结构受到更大的地震力,加剧损伤程度。形状记忆合金(SMA)材料在外力作用下能够快速恢复变形前形状,降低框架损伤程度,进一步提高框架结构的承载能力和稳定性。基于此,有必要研究形状记忆合金混凝土框架建筑的抗震性能。以某实际工程为例,采用ANSYS软件建立钢筋混凝土框架有限元模型,选取天津地震波、北岭地震波、印度洋地震波及人工地震波作为地震震动输入,记录地震震动下时程结果。研究结果表明,预应力筋断裂后,该结构在地震作用下的滞回曲线为饱满的旗帜形,最大层间位移为1/125,残余变形在±10 mm之间,最高峰值荷载为211 kN,水平承载力较强,表明其自复位性能较高、地震响应效果较优、抗震承载力较强,可以有效提高建筑结构的安全性和可靠性。     

考虑梁端耗能能力影响的钢框架结构易损性分析

一般采用梁柱焊接节点钢框架结构在遭遇强烈地震地震作用下,结构倒塌破坏可能由于是耗能能力不足所导致。以某钢框架结构为算例,选取20条实际地震动记录,对结构进行易损性分析,对比不同损伤指标和不同梁端构造形式的钢框架结构抗震性能差异。研究显示:对梁柱焊接的普通钢框架结构,其倒塌破坏是由于结构耗能能力不足所导致的,评价结构抗震性能不仅需考虑结构变形能力,尚需同时考虑结构耗能能力;对于改进形式的钢框架结构,结构耗能能力得到显著提高,使得位移首超破坏先于累积损伤破坏,此时基于变形的评价结果更加可靠。     

Resilience-based retrofitting of existing urban RC-frame buildings using seismic isolation

The improvement of the seismic resilience of existing reinforced-concrete (RC) frame buildings, which is essential for the seismic resilience of a city, has become a critical issue. Although seismic isolation is an effective method for improving the resilient performance of such buildings, target-oriented quantitative improvements of the resilient performance of these buildings have been reported rarely. To address this gap, the seismic resilience of two existing RC frame buildings located in a high seismic intensity region of China were assessed based on the Chinese Standard for Seismic Resilience Assessment of Buildings. The critical engineering demand parameters (EDPs) affecting the seismic resilience of such buildings were identified. Subsequently, the seismic resilience of buildings retrofitted with different isolation schemes (i.e., yield ratios) were evaluated and compared, with emphasis on the relationships among yield ratios, EDPs, and levels of seismic resilience. Accordingly, to achieve the highest level of seismic resilience with respect to the Chinese standard, a yield ratio of 3% was recommended and successfully applied to the target-oriented design for the seismic-resilience improvement of an existing RC frame building. The research outcome can provide an important reference for the resilience-based retrofitting of existing RC frame buildings using seismic isolation in urban cities.

     

汶川地区震后钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究

以汶川地震为研究背景,针对震后典型钢筋混凝土框架结构进行地震易损性研究。基于Cornell理论框架结合汶川地质资料,拟合出考虑场地特点的地震危险性模型,同时定义损伤水平状态及限值指标,以概率解析易损性研究方法为基础,运用考虑地震动参数的解析易损性评估方法绘制汶川地区钢筋混凝土框架建筑的地震易损性曲线。研究结果表明:考虑地震动参数的概率解析易损性研究方法是一种有效的地震易损性评估方法;以PGA作为地震强度输入指标的结构反应,随自振周期的增大体系最大响应的相关性降低,结构各个损伤状态的失效概率均随之增大。     

Simulations of non‐stationary frequency content and its importance to seismic assessment of structures

To verify the importance of the non‐stationary frequency characteristic of seismic ground motion, a joint time–frequency analysis technique of time signals, called chirplet‐based signal approximation, is developed to extract the non‐stationary frequency information from the recorded data. The chirplet‐based signal approximation is clear in concept, similar to Fourier Transform in mathematical expressions but with different base functions. Case studies show that the chirplet‐based signal approximation can represent the joint time–frequency variation of seismic ground motion quite well. Both the random models of uniform modulating process and evolutionary process are employed to generate artificial seismic waves. The joint time–frequency modulating function in the random model of evolutionary process is determined by chirplet‐based signal approximation. Finally, non‐linear response analysis of a SODF system and a frame structure is performed based on the generated artificial seismic waves. The results show that the non‐stationary frequency characteristic of seismic ground motion can significantly change the non‐linear response characteristics of structures, particularly when a structure goes into collapse phase under seismic action. It is concluded that non‐stationary frequency characteristic of seismic ground motion should be considered for the assessment of seismic capacity of structures. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.