隧道工程地震易损性分析研究综述与展望

易损性分析是隧道工程领域防震减灾研究的重要方法。首先,详细综述了国内外隧道地震易损性研究历史与现状;其次,归纳了国内外隧道地震易损性分析主要方法,并总结了各种方法的实际适用性;接着,提出了隧道地震易损性评估步骤,并且讨论了以数值模拟为主要手段的理论易损性曲线建立中的3个关键内容:(1)输入参数确定;(2)破坏状态分级;(3)相关不确定性参数计算;最后,指出该领域一些亟待解决的问题和未来研究发展的方向。结果表明:隧道地震易损性分析能通过考虑相关不确定性因素,反映了隧道在地震荷载作用下的性能,有利于未来的风险评估和损失估算,对基于性能的隧道抗震设计的发展具有重要意义。     

地震易损性分析方法研究综述

结构的地震易损性分析对于预测结构的抗震性能、进行结构的抗震设计、加固和维修决策具有重要的应用价值。本文将对近几十年来地震易损性评估方法领域内的重大发展做全面综述,并对易损性分析方法的类别和优缺点及其应用作了总结和讨论。     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明：盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

考虑不确定因素的山岭隧道地震易损性研究

基于均匀设计法,考虑围岩和衬砌的不确定性,提出了一种高效计算山岭隧道地震易损性的模型。基于该模型,得到了计算岩石山岭隧道结构的易损性计算曲线。根据计算结果得出:（1）均匀设计法能够考虑多种不确定性并为计算生成好的样本参数;（2）根据计算所得的地震结构易损性曲线与经验易损性曲线相对比,得出所提出的计算模型有较好的适用性。当交通隧道穿越地震带时,所提出的地震易损性曲线分析可为隧道线路规划以及设计参考。     

考虑接头力学特性的盾构隧道地震响应分析

盾构隧道衬砌属装配式结构,衬砌环间接头对整环刚度的影响不容忽视。目前常用的接头计算模型普遍过于简单,不能准确模拟接头的工作状态。为此,本文提出了一种力学模型,将接头处衬垫和螺栓抽象成非线性弹簧,该模型可以准确模拟不同构造形式的接头。随后将该接头模型应用于整环衬砌结构的动力有限元分析中,采用ABAQUS有限元软件以天津地铁盾构隧道工程为背景,进行了隧道横断面的地震响应分析,研究了接头模型对管片内力的影响,进而验证了该接头模型在动力分析中的适用性。分析结果表明,这种方法可较精确地模拟接头对衬砌结构的影响,同时具备较高的计算效率。     

土性参数纵向不均匀对盾构隧道地震响应影响的初步分析

目前一般将土体假设为匀质单层模型或匀质分层模型进行研究,不考虑土性参数沿纵向的不均匀分布对隧道等地下结构地震响应的影响。通过某具体工程,建立均匀土体-隧道模型和纵向不均匀土体-隧道模型,计算并对比分析两种工况时结构的相对变形及受力。结果表明:在给定的计算工况下,土性参数纵向不均匀时对隧道结构变形与受力有一定的影响,但影响程度不大,主要原因可能是隧道尺寸较小、地震动幅值较小以及场地条件较好。今后还需进行广泛的参数分析以探讨一般性的规律。     

建筑物地震易损性分析研究

本文系统地总结了近几十年来结构地震易损性分析及地震破坏损失预测的发展 ,指出了建筑物地震易损性分析存在的一些重要问题 ,如缺乏震害经验的建筑物地震易损性估计、采用地震动参数进行建筑物地震易损性估计等问题。本文重点研究了理论计算的易损性估计方法 ,给出了对于不同地震动建筑物出现或超越不同状态的概率 ,将多层砖房的理论易损性估计结果同实际震害资料进行了对比 ,并对经正规设计但缺乏震害经验的高层建筑地震易损性进行了估计。另外 ,本文也着重研究了以地震动峰值加速度及反应谱作为地震动输入参数时的结构地震易损性分析方法…     

广东省桥梁抽样调查与地震易损性评价

结合广东省水系分布抽样定位代表性大型、特大型桥梁位置,并在此基础上进行现场调研,着重了解这些大桥的基本属性和使用现状,同时借鉴四川汶川地震震害资料分析桥梁震害特点,进一步对所调查的桥梁做群体地震易损性分析,从而给出主要病害成因,提出完善桥梁设计理念和防震措施的一些意见。     

衬砌背后空洞对隧道抗震性能影响分析

目前关于隧道震害问题的研究主要集中于隧道洞门和洞口段,实际上仍有不少洞身衬砌在地震中产生严重震害,其中一个重要原因便是衬砌背后存在空洞或者回填不密实。通过大型有限元软件ABAQUS,采用无限元边界解决地震波的反射震荡问题,研究衬砌背后空洞对隧道的地震动力响应的影响。通过分析得到:密实状态下,即使在较大地震动力作用下,衬砌结构仍处于良好的受压状态;一旦衬砌背后存在空洞,地震作用下脱空区衬砌产生很大拉应力,可能导致衬砌开裂坍塌;同时,空洞处周边围岩产生塑性区,易引起岩体松弛掉落冲击衬砌。     

统一考虑地震环境和局部场地影响的建筑物易损性研究

提出了一种综合考虑地震环境和场地影响的钢筋混凝土房屋地震易损性分析方法. 将地震环境、局部场地和工程结构作为一个整体,以概率地震危险性分析的方式考虑地震环境的影响,在此基础上详细考虑了随局部场地而变化的反应谱形状对结构地震反应及其破坏概率分布的影响. 此外,还提出了另一种表述结构易损性的方式,以对应于不同超越概率地震危险水平的方式, 提供结构地震破坏概率分布的信息.      

广东省样本桥梁地震易损性对比研究

广东省桥梁数量多,经过长时间运营,抗震能力差别较大。为了初步了解广东省桥梁的抗震水平,本文运用经验统计三次判别预测方法,对所收集的广东省桥梁样本集做群体易损性分析研究,分别得出总体和按不同上部结构类型分类的数据、图形分析结果,并将该结果与四川汶川地震后现场桥梁调研情况和各代表性桥梁样本集地震易损性分析结果进行对比研究,进而得出相应的结论。     

多层住宅砖房的地震易损性分析

本文采用概率方法借助于拉丁超立方采样技术和非线性地震反应过程分析对多层住宅砖房的地震易损性进行分析。其分析样本是根据多层住宅砖房目前常用设计参数值的范围选定参数的代表值，并由这些代表值构成的；分析中考虑了地震荷载、结构反应和结构承载力的不确定性。易损性曲线分别对五个不同结构破坏程度的极限状态给出。     

汶川地震桥梁震害特征分析及地震易损性研究

基于数理统计方法,对汶川地震灾区范围内的铁路和公路系统桥梁震害数据进行了统计分析,得到了2种系统梁式桥梁破坏部位震害分布特征及破坏等级变化特征,结果表明:铁路系统桥梁破坏曲线呈"X"形,公路系统桥梁破坏曲线呈波峰状的"X"形,同等地震作用下,公路系统桥梁震害损失比铁路系统桥梁震害损失大,公路系统桥梁抗震性能比铁路系统桥梁抗震性能差;基于桥梁震害统计得到了不同强度地震作用下2种系统梁式桥梁破坏的易损性矩阵,采用贝塔分布函数拟合得出2种系统梁式桥梁地震易损性曲线及分布函数参数,结果表明:2种系统梁式桥梁在低强度地震作用下均以完好、轻微破坏为主,在高强度地震作用时,铁路桥梁以中等破坏为主,公路桥梁则以严重破坏及毁坏为主。研究成果可为地震灾区震害预测和地震灾害损失评估提供参考依据。     

基于震害资料的四川省藏式房屋地震易损性研究

搜集自开展地震灾害直接损失评估以来,四川境内破坏性地震震害资料,统计省内藏式房屋在不同烈度不同破坏等级下的破坏比,给出易损性矩阵;采用房屋结构整体易损性分析方法,依据藏式房屋易损性矩阵,通过烈度与地震动参数的对应关系,以对数正态分布函数为模型,对藏式房屋在不同地震动参数(峰值速度)下超越毁坏、破坏、基本完好的概率曲线进行拟合,给出易损性曲线,为其他结构类型房屋的易损性研究、灾害损失评估工作及震害预测提供参考。     

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。     

沈阳市浑南新区场地地震易损性分析

地震易损性分析是进行场地抗震性能划分的一种有效方法。根据沈阳市浑南新区的地震、地质和地貌特点 ,选取场地地基土、断层、地表地震动参数、地下水埋深和第四系厚度作为场地地震易损性分析的因素 ,并采用灰色统计方法对专家意见进行分析以确定易损性指数系数。计算结果表明 ,浑南新区的大部分地区属于抗震有利地段 ,占总面积的 81 6 8% ,抗震不利地段只占 1 8 32 %。     

地震作用下盾构隧道变形性能试验研究

地震作用下,盾构隧道的抗震变形性能限值是个重要指标。采用盾构区间隧道为原型,设计1/20的相似模型,考虑管片接头以及土体-结构相互作用,采用隧道结构加载试验系统,对盾构管片结构在不同的拼装方式和埋深下的变形行为进行了研究,测得了管片环的内力和位移。通过对6组试验结果进行分析对比,得出结论:埋深和拼装方式对盾构隧道结构变形有影响,对通缝结构的影响大于错缝结构;弹塑性分界点直径变形率限值,对通缝结构为0.56‰~1.00‰,对错缝结构为0.42‰~1.09‰;临界失稳点直径变形率限值,对通缝结构为16.87‰~21.44‰,对错缝结构为15.22‰~19.52‰。     

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。     

考虑锈蚀的钢结构地震易损性分析

钢材锈蚀会引起结构的抗震性能与刚度的退化。通过已有钢材锈蚀规律并考虑结构的随机性,将IDA、Pushover与蒙特卡洛抽样结合得到结构概率地震需求及概率抗震能力的统计参数并代入本文提出的地震易损性模型,得到结构在不同极限状态的易损性曲面。以15层3跨钢框架为例,利用建立的方法研究了结构易损性随服役年限的变化规律。研究成果可为结构的全寿命设计、既有结构的运营以及地震风险评估等提供理论依据。     

建筑物易损性和地震损失与地震加速度谱值的关系(上)

为与新的地震动参数区划图接轨，克服目前以烈度为依据的震害预测方法中的缺陷，这项研究提出了以地震加速度谱值为输入参数的建筑物易损性分析和地震损失估计方法。这些内容分上、中、下三篇介绍。本文是其中的上篇，介绍了砖砌体结构的易损性分析方法；这一方法可以根据我国2001年颁布的以峰值加速度为参数的新地震区划图给出的加速度和特征周期或根据地区的地震安全性评估给出的反应谱，估计这类结构单体和群体在未来地震中可能发生的震害及可能造成的损失。