主余震作用下钢框架-中心支撑结构抗震性能分析

为研究余震对钢框架-中心支撑结构抗震性能的影响，以钢框架-拉链柱式中心支撑结构和传统钢框架-人字形中心支撑结构为例，基于增量动力分析方法，对2种结构在主余震、主震作用下进行地震易损性分析。对比了2种结构地震易损性差异，根据抗倒塌储备系数评价了2种结构的抗倒塌性能。结果表明：余震会增加结构的地震易损性，其影响程度随着地震动强度的变大而增加；与人字形中心支撑结构相比，拉链柱式中心支撑结构在高强度地震下处于重度损伤和倒塌2种极限状态时的失效概率更低，抗倒塌储备系数更大，抗倒塌性能更优。     

不同底部层高的RC框架结构地震易损性分析

为研究不同底部层高的钢筋混凝土框架结构的易损性,应用SAP2000软件,采用动力增量分析法分别对设防烈度为7度和8度区6个不同底部层高的框架结构在地震作用下进行了非线性时程分析,得到了地震易损性曲线和结构在极限状态下的地震动强度指标,经回归拟合得到了不同设防烈度区的结构的失效概率公式和结构倒塌储备系数(CMR)。研究表明:结构在弹性阶段的耗能能力较差,在弹塑性阶段表现出较好的延性耗能能力。同一抗震设防烈度的RC框架结构倒塌储备系数CMR随着底部层高的提高而线性降低,底部层高较高框架结构的抗地震倒塌能力与底层层高负相关,基于IDA方法得到了不同底部层高RC框架结构的失效概率计算公式和抗倒塌储备系数线性拟合公式,可供工程设计参考。     

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.     

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性; 其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值; 最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应; 随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势; 当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小; 当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。     

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。     

考虑主余震作用下的核岛厂房结构易损性研究

一次强震常伴随着多次余震作用,且时间间隔较短。研究表明,主震诱发的系列余震会对原有结构造成进一步的累积损伤。核岛厂房结构作为核反应堆的最后一道防线,其在服役期间可能遭受主震和余震的累积作用。参考我国现行规范,定义了四类性能水准(PL)和三种极限状态(LS),以混凝土最大应变作为结构破坏指数(DI),以谱加速度S a作为地震动强度指标(IM),提出一种考虑主余震序列作用下核岛厂房结构的易损性评估方法。选取PEER数据库地震记录,采用增量动力分析方法,给出了AP1000核岛厂房在420条主余震序列地震作用下的易损性曲线。定量分析了主震强度和主余震谱加速度比对核岛厂房结构易损性的影响。结果表明:核岛厂房的超越概率随着余震强度的增大而增大;余震在主震对结构损伤的基础上会加重核岛厂房的附加损伤;随着主余震谱加速度比从0.5增加到1.0时,核岛厂房结构破坏状态超越概率提高了10%~40%。     

基于能量的主余震作用下RC框架损伤与震后性能评估

地震发生后,震损结构能否承受强余震是震害调查与灾后重建中的重要问题。因此,准确评估主余震造成的结构损伤以及评估主震后震损结构的剩余倒塌能力至关重要。采用基于能量的地震损伤指标对结构损伤进行评估,以能量谱作为工程需求参数,再通过引入震损结构模型对结构在主余震作用下的累积损伤进行评估,建立主余震作用下结构整体损伤评估理论框架。然后,基于I_V损伤指数对主余震下的结构损伤进行量化,得到震损结构的倒塌能力曲线,并确定结构剩余承受强余震的能力。以6层3跨钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为例进行分析,结果表明：地震能量损伤指标法物理意义明确,可以从能量角度快速评价主余震下结构损伤;震损结构的剩余倒塌能力随着主震强度增加而逐渐降低;对于案例结构而言,主震下结构损伤小于0.32时可以认为震损结构是安全的可以承受强余震,介于0.32～0.52之间时,需要对震损结构加固修复,以保障余震安全。     

主余震作用下高强钢筋混凝土框架的易损性分析

为研究主余震作用下配置高强钢筋的RC框架结构的抗震性能,根据相同设计指标和"等强代换"的原则,设计了三榀六层四跨的钢筋混凝土框架,纵向受力钢筋的强度等级分别为HRB400、HRB500和HRB600。通过OpenSees平台进行有限元建模,将最大层间位移角作为结构损伤指标,反应地震作用的结构响应。选取15条地震加速度时程,通过重复法构造人工主余震序列并进行IDA分析,得到结构在不同强度的主余震序列作用下的地震易损性曲线。结果表明:主震PGA越大,余震的最大层间位移角越大,结构达到各极限状态的概率越高。对比配置不同钢筋强度的三榀框架的计算结果,可知"等强代换"原则下,相同主余震序列作用时,钢筋强度的提高对结构抗倒塌性能有不利影响,但影响有限。     

主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa （T₁）_余震/Sa （T₁）_主震较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。     

最不利主余震序列型地震动作用下RC框架结构易损性研究

余震的发生会造成结构的累积损伤,不同类型的主余震序列地震动对结构的影响有所差异。鉴于此,以主震卓越周期小于或接近余震卓越周期为基本原则,确定了最不利主余震序列地震动。选择4层RC框架结构为研究对象,在增量动力分析的基础上,定义了4个性能水平,以此来研究该结构的易损性。依据破坏状态概率和震害指数,得到7度多遇、7度设防和7度罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:依据我国规范设计的RC框架结构的4个性能水平的量化指标限值依次为1/495、1/263、1/108和1/45,余震的出现会加剧结构的破坏状态。当以易损性指数作为评价指标时,可认为该结构能够满足小震不坏、中震可修和大震不倒的抗震设防目标。     

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。     

黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响

为研究黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响,基于Open SEES有限元分析平台,建立一个25层钢框架结构以及同尺寸附着黏滞阻尼器的钢框架结构,对两个钢框架结构以地震动峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构最大层间位移角θmax为工程需求参数,从太平洋地震工程研究中心(PEER)中选取了15条地震动记录,分别对两个结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),建立结构的IDA曲线簇。结合地震易损性分析,对分析结果进行对数拟合,构筑两个结构的连续易损性曲线,并进一步提出用贝塔分布函数将结果转化为地震动参数-震害指数概率密度函数的概率表达方式,可以更加直观简便地观察到黏滞阻尼器显著的减震效果。该表达方法具有直观性,研究成果可为既有结构的地震灾害风险评估等提供简明且有力的分析方法。     

Displacement controlled rocking behaviour of rigid objects

The capacity of a gravity structure to counter seismically induced overturning can only be estimated with good accuracy using a dynamic analysis of the rotational (rocking) motion involving large displacement theory. Seismic assessment employing quasi‐static analysis can be overly conservative if the reserve capacity of this type of rocking structure to displace without overturning is not taken into account. It was revealed through dynamic testing on a shaking table that the overturning hazards of ground shaking are best represented by the peak displacement demand (PDD) parameter and that the vulnerability to overturning instability decreases with the increasing size of the object when the aspect ratio is held constant. This finding has important implications on the engineering of structures for countering moderate ground shaking in regions of low and moderate seismicity. Experimental data were validated and supplemented by computer simulations that involved generating artificial accelerograms of designated earthquake scenarios and non‐linear time‐history analyses of the overturning motions. Based on these simulations, fragility curves were constructed for estimating the probability of overturning for given levels of PDD and for different specimen dimensions. An expression was developed for estimating the level of PDD required to overturn rectangular objects of given dimensions for 5% probability of exceedance. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic risk assessment considering cumulative damage due to aftershocks

Calculating the limit state (LS) exceedance probability for a structure considering the main seismic event and the triggered aftershocks (AS) is complicated both by the time‐dependent rate of aftershock occurrence and also by the cumulative damage caused by the sequence of events. Taking advantage of a methodology developed previously by the authors for post‐mainshock (MS) risk assessment, the LS probability due to a sequence of mainshock and the triggered aftershocks is calculated for a given aftershock forecasting time window. The proposed formulation takes into account both the time‐dependent rate of aftershock occurrence and also the damage accumulation due to the triggered aftershocks. It is demonstrated that an existing reinforced concrete moment‐resisting frame with infills subjected to the main event and the triggered sequence exceeds the near‐collapse LS. On the other hand, the structure does not reach the onset of near‐collapse LS when the effect of triggered aftershocks is not considered. It is shown, based on simplifying assumptions, that the derived formulation yields asymptotically to the same Poisson‐type functional form used when the cumulative damage is not being considered. This leads to a range of approximate solutions by substituting the fragilities calculated for intact, MS‐damaged, and MS‐plus‐one‐AS‐damaged structures in the asymptotic simplified formulation. The latter two approximate solutions provide good agreement with the derived formulation. Even when the fragility of intact structure is employed, the approximate solution (considering only the time‐dependent rate of aftershock occurrence) leads to higher risk estimates compared with those obtained based on only the mainshock. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

2017年九寨沟MS7.0地震余震危险性概率分析

本文介绍了余震危险性概率分析的概念,完整列出其相关公式的解析表达式并阐述了余震危险性概率分析的具体方法。以2017年九寨沟M_S7.0地震为例,首先,求得该地震余震序列的相关参数,结果显示:九寨沟M_S7.0地震余震序列理论最大余震震级约为M_L5.3;b值约为0.784 1,明显低于中国西南地区同类型的其它地震,表明九寨沟地震余震区应力水平相对较高;p值约为1.109 7,明显高于中国西南地区同类型的其它地震,表明九寨沟地震余震序列随时间衰减较快。其次,计算此次地震余震与主震释放能量的比例关系,结果显示:在九寨沟M_S7.0地震事件中,截止到10月22日约99.69%的能量为主震所释放,0.31%的能量为余震所释放。最后,利用九寨沟M_S7.0余震序列参数结果并结合衰减关系,分别计算了主震后0—1天、1—10天、10—30天和90—100天内不同断层距内不同水平的峰值加速度和峰值速度的超越概率,结果显示:随着断层距增加,在相同时间间隔内超越概率的值呈下降趋势;在震后第一天内余震危险性最高,随着震后时间增加,相应的超越概率值呈现出明显下降趋势,表明九寨沟M_S7.0地震余震危险性主要来自早期余震。本文的相关成果可以为震后地震危险性分析提供参考,并为短时间内应急救援及灾后重建提供辅助决策意见。      

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。     

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。