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)。     

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构地震易损性分析

在易损性分析中,存在对结构阈值的不确定性研究较少,对阈值的选择通常为规范中的数值,得到的破坏概率仅为固定数值等问题,文中同时考虑结构响应和阈值不确定性,建立一种基于概率-非概率混合模型的结构地震易损性分析方法.基于Opensees建立桥梁有限元模型,选择最大支座纵向位移、最大桥墩柱弯曲延性作为衡量结构性能的工程需求参数...     

核电厂考虑结构参数不确定的 地震易损性分析

为考虑核电厂结构参数不确定对结构地震易损性的影响,基于一次二阶矩法(First-Order Second-Moment, FOSM)进行地震易损性分析。以核电结构中混凝土材料的密度、弹性模量,泊松比和抗拉强度为不确定参数,建立有限元模型,并与试验结果对比,以验证模型的准确性。基于有限元数值模拟方法,通过增量动力法计算核电厂模型在多条地震记录下不同峰值加速度的动力响应,同时基于FOSM得到参数不确定下的对数标准差,进而得到核电厂结构考虑参数不确定的地震易损性曲线。结果表明,结构参数的不确定对核电结构有一定的影响,未考虑参数不确定的地震易损性结果会低估结构的失效概率。该方法可为核电结构基于参数不确定下的易损性分析提供一定的理论依据与实用价值。     

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,...     

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.     

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.     

基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明：(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。     

基于增量动力分析方法的砌体结构地震易损性分析

砌体结构是一种脆性结构,变形能力和承载力均较低,因取材方便、施工简单和造价低等优势在中国被广泛应用。为了评估砌体结构的抗震性能,本文基于增量动力分析（Incremental Dynamic Analysis,IDA）方法研究了多层砌体结构的地震易损性,分析了影响砌体结构地震易损性的主要因素以及群体多层砌体结构地震易损性。研究结果表明:在相同场地条件情况下,砌体结构的房屋层数、砌筑砂浆强度、设防烈度和墙体面积率对结构的地震易损性影响较明显;当结构层高在2.8~3.3 m之间时,层高对结构地震易损性的影响不大。抗震设防砌体结构抗震能力比不设防结构有明显提高,说明构造柱和圈梁等构造措施能显著提高砌体结构的抗倒塌能力,这与目前的基本认识相同,也证明了增量动力分析方法的有效性。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

基于改进云图法的结构概率地震需求分析

概率地震需求分析是美国太平洋地震工程研究中心(Pacific Earthquake Engineering ResearchCenter,PEER)提出的新一代"性能化地震工程(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)"理论框架的重要一环。传统的概率地震需求分析方法称为"云图法",这种方法针对确定性结构进行一系列地震动作用下的非线性动力分析,从而得到地震动强度参数与结构地震需求的"云图"。然而,传统的云图法只能考虑地震动的不确定性,而无法考虑结构的不确定性。为此,结合拉丁超立方体抽样技术,提出一种能综合考虑地震动不确定性和结构不确定性的改进云图法,并将传统的概率地震需求分析内容拓展为概率地震需求模型、概率地震需求易损性分析、概率地震需求危险性分析三个层次。以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别采用传统云图法和改进云图法对其进行概率地震需求分析,得到了该结构的概率地震需求模型、地震需求易损性曲线和地震需求危险性曲线。分析结果表明:提出的方法可以有效地考虑地震动与结构的不确定性,避免不考虑结构的不确定性而低估结构的地震风险性。     

基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究

由于承重结构构件分布不均匀,导致高层建筑框架承重构件间的距离不相等。在地震时,这种不规则分布可能引起加速度共振效应,从而导致建筑失稳。为此,以地震动强度、地震动速度峰值、最大层间位移角为参数指标,分析高层建筑的极限状态,提出基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究。以某实际工程为试验对象,运用ABAQUS软件构造高层建筑框架结构三维模型,选取多条地震波以及符合场地条件的地震动记录进行验证,绘制地震易损性曲线。结果表明:在高层建筑框架结构中安装阻尼器,可增强结构中各构件的承载力,改善高层建筑抗震性能;增加钢板厚度可提高结构抗震水平,降低极限状态下框架结构IO、LS与CP的超越概率;提高混凝土强度,可改善框架结构抗倒塌性能。高层结构完成抗震加固后,抗震能力由0.91提升至1.01。由此证明,以增量动力分析得到的结构易损性为基础,对建筑易损性较大的地方进行加固、完善,能够改善高层建筑框架结构地震易损性,减少地震灾害损失。     

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:(1)同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;(2)当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;(3)固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。     

不同轴压比钢筋混凝土圆柱桥墩地震易损性分析

以墩顶漂移率为指标运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土桥墩进行地震易损性分析。对钢筋混凝土桥墩模型进行精细网格划分,运用循环往复Pushover方法模拟钢筋混凝土桥墩破坏界限值,以此界限值为标准对轴压比为0.20、0.22、0.24、0.26和0.30钢筋混凝土桥墩进行增量动力分析（IDA）。研究结果表明:结构的破坏超越概率,随着轴压比的增大而增大;考虑钢筋混凝土桥墩延性抗震性能,设计轴压比不宜超过0.30;轴压比为0.24~0.26时,钢筋混凝土桥墩破坏概率增加不大,宜为合理的轴压比。     

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IDA方法的加固震损RC框架结构地震易损性分析

基于Perform-3D软件,采用碳纤维加固和粘钢加固方法对震损后的混凝土框架进行加固。分别以3、6、9层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析方法,对震损RC框架结构的地震易损性进行研究并分析其加固效果。结果表明:(1)随着高度和PGA的增加,3、6、9层震损后的碳纤维和粘钢加固结构IDA曲线簇的整体收敛性均较好;(2)总体上粘钢加固可以提高结构对地震动随机性的收敛性,但随着结构高度的增加,对于地震动随机收敛性的增益效果逐渐减弱,该加固方法对3层高度的震损低层框架结构加固效果明显;(3)碳纤维加固对于结构层间位移角的控制能力较粘钢加固更强,对于6层高度的震损中层框架结构,可以更大程度地提高其对罕遇地震的抵抗能力;(4)对适用于9层高度的震损高层框架结构,可根据实际情况选择两种加固方法中的任何一种,均可以取得较好的加固效果。     

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明：向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。     

基于IDA的多龄期钢排架结构地震易损性分析

针对钢材锈蚀导致结构抗震性能退化的现象,需对多龄期结构进行抗震性能评估。基于酸性大气环境下不同锈蚀程度钢材材性试验结果,以SAP2000为平台建立不同服役龄期(30年、40年、50年、60年)钢排架结构数值模型。选取PGA为地震动强度指标,最大层间位移角为地震需求参数对模型进行增量动力分析(IDA),建立结构地震需求模型,基于地震需求模型建立多龄期钢排架结构厂房地震易损性曲线和震害矩阵。研究成果可为城市多龄期建筑地震风险评估提供依据。     

落地通信基站机房地震易损性及震后功能失效概率评估

机房是移动通信基站的重要组成部分,其地震易损性将决定基站在震后的功能状态,即基站所辖范围内的移动通信服务在震后是否可以正常使用。在对我国北方某市典型落地通信基站机房进行实地考察的基础上,确定了影响机房地震后使用功能的重要设施（即基站板房、内部走线架、通信机柜和蓄电池组）;随后采用有限元软件ABAQUS分别建立了这些设施的数值模型,通过Pushover分析确定了每种设施的损伤模式、损伤水平评价指标及其数值;通过IDA分析得到了每种设施的抗震性能,并通过对IDA分析结果的统计得到了这些重要设施的地震易损性曲线;最后,给出了基于故障树模型的典型通信基站机房震后功能评估的方法。该工作将作为基本环节用于城市及地区移动通信系统的地震后功能状态评估与预测。