强震下基础隔震结构与挡土墙碰撞响应分析

基础隔震结构在罕遇地震作用下可以大幅降低上部结构的地震响应,达到保护结构的目的;但在超过罕遇地震的强震作用下,隔震层位移可能超过预留的隔震沟宽度,隔震结构与周边挡土墙碰撞。建立考虑上部结构非线性的隔震结构模型,设防烈度为8度,进行了超过罕遇地震的强震下地震响应分析,结果表明,隔震结构与挡土墙碰撞减小了隔震层位移,但导致上部结构加速度、位移及层剪力明显放大,放大程度随碰撞刚度及地震动强度的增大而增大,随隔震沟宽度的增大而减小;碰撞刚度增大到一定程度后,层间位移的增大对碰撞刚度的增大不再敏感,加速度及上部结构基底剪力系数则未表现出这一趋势;碰撞还导致支座最大面压的增大及最小面压的减小。     

隔震与非隔震支座对混凝土箱梁桥地震易损性的影响

为评估隔震和非隔震支座对桥梁地震易损性的影响,以一座3跨连续混凝土箱梁桥为分析对象,首先建立采用铅芯橡胶隔震支座与非隔震型盆式橡胶支座下桥梁的数值模型,求得不同程度地震作用下墩顶与支座的最大位移响应;再定义转角延性比损伤指标,结合支座剪应变,分析桥墩和支座的地震易损性情况;最后通过宽界限法建立全桥地震易损性曲线。研究结果表明,支座是较容易发生损坏的构件,而桥梁系统比桥墩或支座更易发生破坏,同时铅芯橡胶支座的破坏概率明显低于非隔震型盆式支座,可见采用隔震支座能有效减小桥墩墩顶在地震作用下的最大位移,此时桥墩地震易损性优于采用非隔震支座的情况。     

不同地震激励方向下隔震曲线梁桥易损性分析

为进一步评估隔震曲线梁桥在地震激励下的抗震性能,从地震易损性角度出发并兼顾考虑地震激励方向对其易损性的影响。利用APDL建立采用板式橡胶支座的隔震曲线梁桥有限元模型,从PEER中选取同一地震事件中的近断层地震动,按规范规定比例输入水平双向地震动进行非线性动力时程分析,结合地震响应与损伤指标计算得到各构件地震易损性曲线;考虑地震激励方向的变化,通过MATLAB编程绘制得到桥梁结构构件(桥墩与支座)以及整体系统的地震易损性曲面,分析探讨地震激励方向对隔震曲线梁桥易损性的影响。结果表明：不同极限状态下各桥墩切向损伤条件概率明显大于其径向,各支座的切向与径向易损性相差不大,但仍是各支座的切向易损性略大于径向易损性;桥梁各构件(桥墩与支座)切向易损性对地震激励方向均表现出很强依赖性,而径向易损性对其的依赖性相对较弱,且伴随损伤等级的提高,构件易损性对地震激励方向更加敏感;桥梁整体系统易损性对地震激励方向的变化不太敏感,且因各构件响应之间的相关性较高,其系统易损性更接近于易损性最大的构件——易损性下限;当进行隔震曲线梁桥抗震性能评估时,应考虑不同地震激励方向对其地震易损性的影响,从而使得易损性分析...     

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。     

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。     

考虑非结构构件损伤的钢筋混凝土框架建筑多维地震易损性分析

基于单一指标的传统地震易损性分析忽略了非结构构件损伤对建筑抗震性能的影响。首先基于多维性能极限状态理论建立了三维性能极限状态方程,并对几种特殊情况下的三维阈值曲面进行了讨论。进而以最大层间位移角作为整体结构与位移敏感型非结构构件的性能指标,以峰值楼面加速度作为加速度敏感型非结构构件的性能指标,对建筑的结构损伤和非结构损伤进行描述。考虑各性能指标之间的相关性和各性能指标所对应的极限状态阈值的不确定性,建立了建筑在地震作用下的三维性能极限状态的超越概率函数。最后,采用Open Sees有限元软件对一7层钢筋混凝土框架填充墙建筑进行增量动力分析,得到其各性能水平下的地震易损性曲线。分析结果表明,当忽略非结构构件损伤时,各性能极限状态的超越概率均降低,从而高估了建筑剩余功能水平,进而导致低估建筑的损失。在考虑各性能指标的极限状态阈值的不确定性时,对任一性能极限状态,不同变异系数取值下的易损性曲线会出现交点,在交点之前超越概率随着变异系数的增大而增大,交点之后则随着变异系数的增大而减小。在考虑性能指标间的相关性时,对任一性能极限状态,超越概率随着相关系数的减小而增大。另外,性能指标阈值的不确定性与性能指标间的相关性对地震易损性的影响随着性能水平的提高而逐渐降低,且对低性能水平下建筑地震易损性有明显影响。     

基于系统地震易损性的桥梁隔震支座优化设计

隔震支座对桥梁抗震有重要意义,优化支座的参数可有效提升隔震效率。以一座三跨连续梁桥为例,建立了考虑桩-土-结构相互作用的有限元模型。将铅芯橡胶支座的特征强度及初始刚度视为优化变量,以最小化桥梁结构的系统地震易损性为目标。通过动力时程分析,得到支座参数对桥梁系统地震易损性的影响规律,确定支座参数的合理区间。高斯过程模型用来取代耗时的动力时程分析,降低隔震支座优化设计的计算成本。分析结果表明:铅芯橡胶支座的特征强度和初始刚度对桥梁系统地震易损性有明显影响;支座优化设计有效降低了桥梁系统地震易损性,大幅减小支座的剪切应变,提高了支座的隔震效率。     

基于不同结构损伤模型的RC框架地震易损性研究

针对目前RC框架结构地震易损性分析中整体损伤模型研究的薄弱性以及广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理的现状,本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种较准确反映地震破坏机理同时便于应用的最大变形和滞回耗能非线性组合的双参数损伤模型。以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量2种单参数模型以及牛荻涛模型和本文模型两种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线,并进行了模型的对比分析和检验评估。分析结果表明:仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构的抗倒塌性能,仅以能量作为结构整体损伤指标会低估结构损伤的超越概率。本文模型能较好地平衡最大变形和累积损伤对结构损伤的影响程度。     

型钢混凝土框架结构地震易损性数值模拟研究

基于地震工程模拟平台Open SEES,研究了型钢混凝土(SRC)框架的数值建模方法。根据试验结果对比了3种不同非线性梁柱单元模型的计算效果,确定了最优单元模型。基于Open SEES平台和增量动力分析(IDA)方法研究了型钢混凝土框架结构的地震易损性。设计了3个具有不同柱梁抗弯承载力之比的结构,对其进行IDA分析,获得了各模型的抗震能力曲线。根据结构抗震能力曲线,求解了结构的地震易损性曲线,得到了结构在地震作用下各性态点的超越概率。对场地地震危险性进行分析,获得了场地地震危险性概率模型。基于结构地震易损性曲线及场地地震危险性概率模型,计算了结构各性态点的年平均超越概率。结果表明:柱梁抗弯承载力之比对计算结果的影响显著,随着柱梁抗弯承载力之比的增大,结构在特定地震动作用下倒塌的概率呈减小趋势。     

基于IDA的隔震桥梁易损性分析

针对目前减隔震技术在我国桥梁领域的推广应用,建立一座隔震桥梁,基于增量动力分析(IDA)方法研究了桥梁在单条地震动下的动态响应,得到了桥墩以及支座在地震动作用下的响应曲线(IDA曲线)。以桥墩位移延性系数和支座剪应变作为损伤指标,对IDA曲线进行损伤状态区间的划分。通过IDA曲线发现隔震桥梁具有良好的抗震性态,支座比桥墩更容易损伤。最后,将支座和桥墩综合考虑计算得到桥梁结构整体易损性(DS)。     

楼层侧向刚度比对砌体结构地震易损性的影响分析

砌体结构的震害现象表明楼层侧向刚度不均匀分布是造成其破坏的重要原因之一。本文开展楼层侧向刚度变化对结构易损性的影响分析。以3层和6层砌体结构为例,采用等效多自由度层间剪切模型,基于非线性动力时程分析,定量研究了竖向刚度不规则性对砌体结构易损性的影响。以结构最大层间位移角为地震反应参数,借助增量动力分析及回归拟合方法,建立了基于峰值加速度的结构易损性曲线。通过改变楼层的侧向刚度值来模拟薄弱层,研究了楼层刚度变化对结构不同破坏状态超越概率的影响。通过改变底层与二层的侧向刚度比,分析了底部刚度突变对结构不同破坏状态超越概率分布的影响。研究表明:与规则结构相比,当刚度突变位于结构底层时,在地震作用下结构易损性相对较高;随着底层与二层的侧向刚度比从0.5增大至1.2,结构易损性逐渐降低。当刚度比为1.5时,结构薄弱层由底层转移至二层,结构整体易损性增加;当底层与二层侧向刚度比小于1时,结构倒塌易损性要显著高于规则结构。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究

为了准确分析FPS隔震桥梁的纵向地震碰撞反应,针对一典型3跨FPS隔震简支梁桥,建立了考虑FPS双向耦合效应和梁缝处三维碰撞效应的非线性动力计算模型,分析双向地震作用下FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应;研究支座半径和摩擦系数对简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响规律。研究结果表明:横向地震作用会增大简支梁邻梁间纵向地震碰撞次数和碰撞力,降低墩底纵向剪力;为减小地震碰撞反应,设计时可适当增大支座半径和支座摩擦系数。     

高墩大跨连续刚构桥梁地震易损性分析

基于增量动力分析方法,通过非线性地震反应分析,得到整体结构的破坏特征和易损位置,分析适用于高墩大跨连续刚构桥的损伤指标.对高墩大跨连续刚构桥进行整体结构的地震易损性分析时,采用应变作为墩柱损伤指标,位移作为支座损伤指标,绘制了基于整体性能的全桥易损性曲线.     

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。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明：与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

主余震作用下山地掉层框架结构的易损性分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生,由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生“二次损伤”。山地结构的受力性能与普通结构有显著差别。参考我国现行规范设计了具有代表性的3个不同掉层数与掉跨数的山地掉层框架结构及1个普通平地框架结构,采用增量动力分析方法,以Park-Ang损伤指数作为结构响应参数DM,以PGA作为地震动强度参数IM,给出了掉层结构以及平地结构在主余震作用下的易损性曲线,对比分析了掉层结构与平地结构的易损性,研究了余震对各结构易损性的附加影响。基于抗倒塌储备系数(CMR)评价了结构的抗倒塌能力,比较了各结构的抗震倒塌安全储备。结果表明:余震会提高结构的超越概率,且随着余震强度的提高,超越概率越大;掉层结构的超越概率更高,且掉层数与掉跨数对结构地震易损性的影响较大;与平地结构相比,山地掉层结构抗倒塌储备系数较小,抗倒塌安全储备较低。对于掉层结构,掉跨数与掉层数的增加均会降低结构的抗倒塌安全储备,且掉层数对CMR的影响更大。     

基础隔震结构高宽比限值研究

根据结构变形特点,提出基于Timoshenko理论的基础隔震分布参数体系模型,推导隔震结构高宽比限值计算公式,分析各参数对隔震结构高宽比限值的影响规律。分析表明,隔震结构和非隔震结构基本周期比值在一定范围内变化时,剪力系数、弯矩系数与周期比呈稳定曲线关系;高宽比限值随结构宽度方向布置支座个数增加而降低;在隔震支座总面积确定时,选择大直径隔震支座大间距布置方式可提高隔震层变形能力及高宽比限值;高宽比限值受竖向地震作用影响较小,随竖向地震系数增大高宽比限值略有降低;降低隔震层刚度、增大隔震层阻尼可提高结构高宽比限值;容许支座出现拉应力可在一定程度上提高结构高宽比限值。最后结合20层框剪结构工程算例,验证隔震结构高宽比限值公式的有效性。     

近场脉冲地震下半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构易损性分析

为研究半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称"PSRCW"结构)在近场脉冲地震作用下的易损性能,基于增量动力时程分析方法建立了4个按MECE能量谱设计的PSRCW结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,重点考察了层数的影响。研究结果表明:在近场脉冲地震作用下,PSRCW结构对应于多遇地震水准达到基本完好(IO)状态的超越概率在2.76%~5.98%之间,偶遇地震水准达到中等破坏(LS)状态的超越概率在16.88%~37.35%之间,罕遇地震水准达到倒塌(C)状态的超越概率在4.86%~39.92%之间。层数对PSRCW结构在近场脉冲地震作用下的易损性曲线有显著影响,随着层数的增加PSRCW结构达到某一性态水平的超越概率也呈增大趋势。     

附加位移放大型阻尼墙的高层钢结构地震易损性分析

对普通阻尼墙(VDW)和位移放大型黏滞阻尼墙(ADW)进行了理论分析,通过模型装置的力学性能试验研究,对比2种阻尼墙在不同位移幅值下的耗能能力,试验表明ADW的滞回曲线更为饱满,并验证了ADW的理论模型和高效的耗能能力。建立20层钢框架结构模型,选取近场和远场地震动各16条,以层间位移角作为损伤指标,分别对无控结构、附加VDW和ADW结构进行动力时程分析,基于增量动力分析方法得到结构易损性曲线。结果表明：相比于无控结构和VDW结构,ADW减震结构达到各级破坏状态的超越概率显著下降;近场波对结构损伤的概率高于远场波,而ADW结构在近场波和远场波作用下的抗震性能均大幅提高;ADW结构在罕遇地震下梁柱的塑性状态等级和损伤数量明显减少,可有效地控制结构的地震响应。