基于IDA的高墩大跨桥梁地震易损性分析

针对目前我国桥梁抗震设计规范仅适用于墩高40m以下规则桥梁的现状,以一常见山区高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用IDA方法分析了桥梁结构在15条地震动下的动态响应,得到桥墩各截面在所有地震动作用下的曲率包络图。以高墩最不利截面的材料损伤应变所对应的截面曲率为损伤指标,结合能力需求比对数回归分析,计算了高墩在不同损伤状态下的破坏概率,建立了墩柱易损性曲线,同时还建立了梁端支座的易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。分析结果表明:薄壁空心墩连续刚构桥在强地震作用下高墩发生破坏的部位主要集中在墩顶和墩底区域;墩柱发生完全破坏的概率极小,但桥台处梁端活动支座的地震损伤概率较高;桥梁系统损伤概率能够更加准确地反映高墩大跨桥梁的真实抗震性能。     

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。     

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。     

叠合柱高墩概率地震易损性分析

为了评估叠合柱高墩的抗震性能,根据结构可靠度理论,推导了概率地震易损性函数解析式。以一座叠合柱高墩连续刚构为研究对象,对叠合柱高墩的合理性能指标进行分析和量化,建立了以轴力为变量的截面概率抗震能力模型。考虑材料强度和地震动的不确定性,采用IDA方法对结构-地震动样本进行地震需求分析,建立了以PGA为变量的控制截面概率地震需求模型并进行概率地震易损性分析。结果表明曲率指标对数均值与对数轴力之间符合三次多项式回归关系,曲率抗震能力随轴力的增大而减小。在纵向地震作用下,曲率需求与PGA之间仍然满足对数线性关系,墩底区域最容易发生损伤,矮墩比高墩更容易发生损伤,在设计地震作用下,叠合柱高墩发生倒塌的概率极小。     

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。     

近断层地震作用下RC框排架结构易损性研究

为研究近断层地震作用下框排架结构破坏的可能性,以某钢筋混凝土框排架结构为原型建立有限元非线性分析模型,选取16条近断层地震波及8条远场地震波,采用增量动力分析方法绘制易损性曲线。结果表明:对于远场地震,8度多遇地震及基本地震时,结构正常使用、基本使用、修复后使用、生命安全及防止倒塌五个极限状态均未超越,满足“小震不坏,中震可修”的抗震要求;8度罕遇地震时,仅超越正常使用极限状态的概率为2.08%,满足“大震不倒”的抗震要求。而近断层地震时,在8度多遇地震时结构前四个极限状态均被超越,基本地震时结构超过修复后使用的极限状态概率为16.62%,有2.40%的概率达到生命安全的极限状态,罕遇地震时接近倒塌的概率为15\^4%。研究结果可为近断层地区框排架结构地震风险评估提供参考。     

高耸钢筋混凝土烟囱结构地震易损性分析

为了分析高耸钢筋混凝土烟囱结构的抗震性能,本文选取240 m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象;采用Open Sees程序,基于分布塑性的纤维梁柱单元,建立了相应结构的非线性有限元三维分析模型。为充分考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择21条真实的地震动记录,进行增量动力分析。分别以截面曲率延性系数和地面加速度峰值作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合非线性增量动力分析所获得的结构地震响应,基于对数正态分布假设,通过回归分析建立了结构的概率地震需求模型。以钢筋和混凝土的材料应变水平为基础,通过95个截面的分析结果定义了4个损伤状态限值;最终形成了钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线,对烟囱结构的易损性能进行了评估和分析。分析结果表明:该烟囱结构在多遇地震、基本地震及罕遇地震下发生轻微损伤的概率分别为0、20%和75%,而发生中等损伤、严重损伤及完全损伤的概率基本为0。本文对于地震易损性的研究结果,可为钢筋混凝土烟囱结构的抗震设计、地震风险评估及灾后加固提供理论依据。     

我国中、低烈度区罕遇地震设防水准的选取

采用概率地震危险性(PSHA)方法计算了我国中、低烈度区位于主要经济带内的28个大中城市50年超越概率3%和2%的地震动峰值加速度,为比较中、低烈度区罕遇地震不同设防水准的影响提供了定量数据;计算了中、低烈度区50年超越概率3%和2%地震作用下对应的建筑结构的屈服加速度,评价其抗震能力。结果表明：50年超越概率2%对应的屈服加速度明显大于50年超越概率3%的对应值。根据分析结果,建议抗震设计规范将中、低烈度区罕遇地震的设防水准统一至50年超越概率2%。     

斜向荷载作用下锈蚀RC矩形墩抗震性能拟静力试验及易损性分析

为探究锈蚀钢筋混凝土(RC)桥墩在非正交水平荷载下的抗震性能,设计制作了4个不同加载角度构件进行拟静力实验,并利用OpenSees软件构建非线性有限元纤维模型,分析不同地震动入射角对其地震易损性的影响。结果发现：拟静力实验中,加载角度偏近弱轴,最大侧向力和屈服强度降低,达到最大侧向力的位移和屈服位移减小,极限强度降低,刚度和耗能能力下降,抗震性能减弱,但对位移延性系数影响较小;易损性分析发现：RC桥墩不同破坏状态对应的失效概率随PGA增大而增大。在PGA不变时,相同破坏状态下的失效概率随地震动入射角度由强轴趋向弱轴而增大。所做工作能为锈蚀RC桥墩的地震风险评估提供试验基础。     

考虑主余震作用的近海桥墩时变地震易损性分析

基于OpenSEES平台,以某近海刚构桥桥墩为例,选取符合场地类型的地震波,并根据地震记录构造主余震序列。运用"能力需求比"分析方法建立不同服役时间节点桥墩控制截面在不同损伤状态条件下的地震易损性曲线,研究氯离子侵蚀和主余震序列对桥墩抗震性能的影响。结果表明:同一损伤状态的超越概率随着服役时间延长和PGA增大而不断变大,且随着损伤状态等级提高,超越概率逐渐降低。轻微损伤状态下,主余震序列对桥墩易损性影响较小;中等损伤、严重破坏和完全倒塌状态下,同一服役期,考虑主余震序列作用下桥墩的超越概率相比于仅考虑主震作用明显增大。     

Controlled rocking pile foundation system with replaceable bar fuses for seismic resilience

Bridges designed following a conventional approach minimize the risk of collapse, but often require challenging, costly, and time-consuming restoration after an earthquake occurs. The new seismic design philosophy requires bridges to maintain functionality even after severe earthquakes. In this context, this paper proposes a controlled rocking pile foundation (CRPF) system and numerically evaluates bridges′ degree of seismic resilience. The CRPF system allows a pile cap to rock on a pile foundation and dissipate seismic energy through inelastic deformations of replaceable bar fuses that connect a pile cap and piles. Following the conceptual design of the CRPF system, two analytical models were developed for a bridge pier utilizing the CRPF system and a pier designed to develop a plastic hinge in its column. The analytical results indicate that, after experiencing a severe earthquake, a conventionally designed bridge pier sustained substantial damage in its column and exhibited significant residual displacement. In contrast, a pier using the CRPF system showed negligible residual displacement and maintained elastic behavior except, as expected, for bar fuses. The damaged fuses can be rapidly replaced to recover bridge seismic resistance following an earthquake. Therefore, the CRPF system helps to achieve the desired post-earthquake performance objectives.

     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能评估模型

现阶段针对建筑复合节能墙体的抗震性能评估主要根据强震发生后墙体损毁程度实现,评估结果精确度低,因此构建强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能评估模型,根据复合节能墙体构件的强度和刚度退化系数,描述强震环境下建筑复合节能墙体损伤情况;在此基础上,采用动态增量分析法(IDA)在不同强度地震动输入条件下,根据建筑复合节能墙体结构响应参数和地震动强度参数构建2种参数的关系曲线——IDA曲线,利用R-O单一函数曲线规则化IDA曲线,获取IDA概率分位曲线,并将50%概率分位曲线斜率用于描述墙体结构损伤的变化,该曲线斜率则为墙体结构损伤指数,依据该指数准确评估强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能。实验结果表明,所构建模型可准确分析不同峰值地面加速度时建筑复合节能墙体结构的位移变化,且模型随地震等级不断提升,评估建筑复合节能墙体抗震性结果精度逐渐提高,是一种适合强震环境的建筑复合节能墙体抗震评估模型。     

Analytical fragility analysis of southern Illinois wall pier supported highway bridges

An analytical fragility analysis was conducted in order to characterize the seismic vulnerability of existing southern Illinois wall pier supported highway bridges to potential earthquakes. To perform this fragility analysis, a detailed inventory survey was first taken of the wall pier bridges identified in an earlier random sampling of southern Illinois priority emergency route bridges. From the survey three types of wall pier bridges were identified. Of those identified, hammerhead and regular wall pier supported bridges represented nearly 90% of the population. Incorporating structural variations determined from the random sample survey, nearly 100 three‐dimensional nonlinear finite element models were constructed. Each model was subjected to a randomly assigned synthetic earthquake representative of those that could potentially occur within the region. From these analyses, a series of wall pier supported bridge fragility curves were produced. In addition, a liquefaction fragility analysis was conducted in order to characterize the seismic vulnerability of southern Illinois wall pier supported highway bridge sites to liquefaction in potential earthquakes. To perform this second fragility analysis, wall pier bridges within the southern Illinois random sample that may be susceptible to liquefaction were identified. A soil profile from each of these susceptible bridge sites was then subjected to randomly assigned bedrock motions, and an Arias intensity liquefaction analysis was carried out. From these analyses, a fragility curve for the potentially liquefiable wall pier supported bridge sites was produced. Overall results of this study indicate that southern Illinois wall pier supported bridges are moderately vulnerable to structural damage in a 2% probability of exceedance in 50 year earthquake, and in some cases they could also be highly vulnerable to on‐site liquefaction events. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

采用混合连接装配式桥墩地震易损性分析

基于整体现浇桥墩试件(ZT-1)、现浇超高性能砂浆(UHPM)-CFST(钢管混凝土)榫卯混合连接桥墩试件(GX-1)、灌浆套筒-CFST榫卯混合连接桥墩试件(GT-1)的拟静力试验现象和结果,采用OpenSees有限元分析软件,开展试件在地震作用下的时程分析,并对其进行易损性评估,确定相对应的损伤量化指标,分析试件在地震作用下的易损性。研究结果表明:(1)在轻微破坏和中等破坏时,GT-1桥墩的易损性曲线变化趋势与ZT-1和GX-1桥墩较为接近;(2)当PGA分别为0.15g、0.2g、0.3g、0.4g时,GX-1与ZT-1的地震反应均较为接近,与ZT-1桥墩试件相比,GT-1发生严重破坏的超越概率分别减小了6.71%、11.67%、10.32%、4.46%;(3)与ZT-1、GX-1相比,GT-1表现出更好的抗倒塌能力。     

考虑残损的古建木结构地震易损性分析

现役古建木结构普遍存在残损现象,这将影响结构的抗震性能。本文以北京故宫的咸福宫西配殿为研究对象,通过简化其屋顶、斗拱、榫卯和柱脚节点建立结构的理想模型,并在此基础上考虑材料老化和节点性能降低等因素建立其残损现状模型。通过地震易损性分析,得到古建木结构的地震易损性曲线并进行理想和残损结构的震害等级及其发生概率对比。研究结果表明:残损现象降低了咸福宫西配殿的刚度和自振频率;相比于理想结构,咸福宫西配殿残损结构在小震作用下发生轻微损坏的概率增大21.1%,在中震作用下发生中等破坏的概率增大3.7%,大震作用下发生严重破坏的概率增大10.6%;咸福宫西配殿在大震作用下发生倒塌的概率很小,体现了木结构具有良好的抗震性能。