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MVFOSM有限元可靠度方法的结构整体概率抗震能力分析

结构整体概率抗震能力分析既属于结构体系抗力统计分析研究内容,也属于地震易损性分析研究范畴,多采用数值模拟方法.作为一种不确定性传递的近似解析分析工具,平均值一次二阶矩方法(MVFOSM)广泛地应用于结构构件抗力的统计分析,但是很难应用于结构整体抗力的统计分析,主要困难在于结构反应是基本随机变量的隐式函数,梯度信息很难得到.将结构体系抗力的统计分析和地震易损性分析结合起来,通过基于MVFOSM的有限元可靠度方法,以新一代的地震工程模拟仿真软件OpenSees为计算平台,以最大层间位移角作为结构整体抗震能力参数,对钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力进行分析,并用Monte Carlo模拟法结果进行验证,从而建立了钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力模型.算例分析表明,MVFOSM有限元可靠度方法的精度和效率都很高,只需要进行一次有限元分析即可较为准确地获得结构整体概率抗震能力的前二阶矩信息.     

概率性地震需求分析中地震动强度指标的比较与选择

以汶川地区典型钢筋混凝土简支梁桥为背景,在充分考虑模型参数不确定性的基础上建立一系列桥梁有限元模型样本。采用汶川地震实测地震动,对建立的有限元模型进行非线性动力时程分析,并记录每组分析中桥梁构件的地震峰值响应。采用主成分分析方法对桥梁构件的地震需求参数进行降维处理,计算桥梁结构综合地震需求响应。通过回归分析建立地震动强度与桥梁结构综合需求之间的概率性关系,并对不同地震动强度指标进行分析和比较。结果表明基于速度的地震动强度指标具有较好的有效性、适用性和完备性,可以进一步用于地震易损性分析和地震风险评估。     

地震岩相识别概率表征方法

储层岩相分布信息是油藏表征的重要参数,基于地震资料开展储层岩相识别通常具有较强的不确定性.传统方法仅获取唯一确定的岩相分布信息,无法解析反演结果的不确定性,增加了油藏评价的风险.本文引入基于概率统计的多步骤反演方法开展地震岩相识别,通过在其各个环节建立输入与输出参量的统计关系,然后融合各环节概率统计信息构建地震数据与储层岩相的条件概率关系以反演岩相分布概率信息.与传统方法相比,文中方法通过概率统计关系表征了地震岩相识别各个环节中地球物理响应关系的不确定性,并通过融合各环节概率信息实现了不确定性传递的数值模拟,最终反演的岩相概率信息能够客观准确地反映地震岩相识别结果的不确定性,为油藏评价及储层建模提供了重要参考信息.模型数据和实际资料应用验证了方法的有效性.     

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。     

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。     

抗震结构最优设防水平决策与全寿命优化设计的简化易损性分析方法

地震破坏状态概率分析是抗震结构最优设防水平决策与全寿命优化设计的关键问题之一,作者们曾根据"三水准"设防原则和地震烈度的危险性分析结果提出了二种实用分析方法.本文建立了结构破坏状态概率分析的地震易损性理论基础,提出了极限状态地震易损性和破坏状态地震易损性的概念.从地震易损性理论的角度,对二种地震破坏状态概率简化分析方法进行了深入分析,指出第1种方法是一种考虑结构宏观抗震能力不确定性的半理论半经验易损性分析方法,而第2种方法则是一种不考虑结构宏观抗震能力不确定性的简化易损性分析方法,根据地震破坏状态概率的计算结果对二种方法进行了对比分析,并提出了相关的建议.     

基于概率估计方法的立式储罐地震易损性研究

结合储罐的震害资料和震害特点,提出了基于概率估计方法的立式储罐地震易损性研究.考虑了结构的随机性及荷载作用的随机性,给出了各随机变量的概率分布模型及给定烈度下地震发生的概率.从可靠度指标的几何意义入手,提出了储罐的地震易损性计算方法.通过2×103m3和5×104m32种高矮罐的地震易损性研究,结果表明:通过概率方法和绘制地震易损性曲线的方式,更能直观的给出储罐各失效模式的地震易损性.储罐的地震易损性与地震烈度、高径比的关系很大,地震易损性随着地震烈度的增大逐渐增大;与2×103m3储罐相比,5×104m3储罐各失效模式地震易损性明显较小;从多种失效模式进行储罐地震易损性研究更具有科学性.     

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明：桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3~#、4~#桥墩)比相对较低的桥墩(1~#、2~#桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。     

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。     

基于能力谱的概率-非概率结构体系抗震可靠度

本文用概率模型考虑结构体系抗力不确定性的主要影响因素,用凸集模型考虑地震作用的不确定性,采用能力谱方法,分别求得了结构抗力的概率分布参数及地震作用效应的区间范围,通过二级功能方程方法求得了结构体系抗震可靠度。算例给出了本文方法的计算结果,并与经典概率可靠度进行了对比,表明本文方法是一种简便、合理的结构体系抗震可靠性分析方法。     

概率分配模型及其在地震危险性分析中的应用

本文提出了一种由地震区(带)的地震发生概率确定潜在震源区发震概率的概率分配模型。这一模型具有以下特点:1.地震区(带)的地震发生概率控制并确定了潜在震源区的发震概率,这一原则完全遵从概率论的基本原理;2.模型中用于描述地震发生过程的随机模型,对潜在震源区的发震概率不再起决定性作用,从而大大降低了由此而带来的不确定性。将概率分配模型与目前用于新的中国地震区划图编制工作中的地震平均年发生率分配方法进行了比较,结果表明,二者对华北地区的应用结果相差不大。但进一步的分析表明,当地震活动水平较高时,后一方法可能会低估潜在震源区的地震危险性。     

基于时变地震损伤模型的多龄期钢框架结构易损性分析

基于时变地震损伤模型提出酸性大气环境作用下多龄期钢框架结构概率地震易损性分析的方法及步骤;考虑服役龄期对钢框架结构抗震性能的影响,分别建立时变概率地震需求模型、时变概率抗震能力模型及时变易损性模型;在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基础上,得到多龄期(20年、30年、40年、50年)钢框架结构的易损性模型及易损性曲线。     

钢筋混凝土框架结构震后可存活概率预测方法研究

针对当前钢筋混凝土震后存活预测相关方法存在预测值与实际值拟合度低的问题,提出基于有限元的钢筋混凝土框架结构震后可存活概率预测方法。利用混凝土本构模型关联数值和钢筋本构模型数值计算,实现钢筋混凝土框架材料本构模型关联数值分析。结合建筑和结构施工图实现钢筋混凝土有限元模拟,将钢筋混凝土框架有限元模型的最大竖向荷载作为结构整体构造竖向极限承载力,并引入随机Pushdown方法及随机竖向IDA法得到钢筋混凝土框架震后可存活概率。经实验证明,将有限元应用至钢筋混凝土框架结构震后可存活概率预测中切实可行;预测值与实际值拟合度高于目前常用方法。所提方法的性能完善,可为该领域发展提供可借鉴的信息。     

工程结构地震破坏概率矩阵分析

本文提出了一种计算工程结构地震坡坏概率矩阵的方法，建立了地震地面运动模型和结构分析模型，对结构进行了随机地震反应分析，并获得了结构随机分应的统计量，进而采用双参数的结构破坏模型，给出了教育处结构地震破坏概率的表达式，利用此方法计算了一座按8度要求设计的钢筋混凝土框架型，给出了计算结构地震坡坏概率的表达式，利用此方法计算了一座按8度要求的钢筋混凝土框架结构的地震破坏概率矩阵，本文提出了方法可以在确定抗震设防标准和进行震害预测时采用。     

一种基于蒙特卡罗模拟的发震概率计算方法

针对大震发生概率计算过程中的不确定性, 本文分别对不确定性及其处理方法进行了探讨． 考虑到不确定构成的复杂性, 提出了一种基于蒙特卡罗模拟的大震发生概率计算方法, 并以东昆仑断裂带塔藏段为计算实例, 利用蒙特卡罗法处理发震概率计算过程中的各种不确定性. 结果表明, 古地震数据的不完整性对计算结果的影响很大. 本文采用逻辑树法考虑古地震数据的不完整性, 得到塔藏段未来100年的大震发生概率为0.12．      

基于增量动力分析(IDA)方法的地震易损性工程实例分析

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,而建筑结构的地震易损性分析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概率。文章基于IDA分析方法,通过选取一定数量的地震动记录,指定地震动强度指标并做归一化处理,利用OpenSees软件平台向结构碰撞数值模型输入地震动数据,计算得出结构倒塌概率,以地震动参数为随机变量,对数据进行拟合分析,建立倒塌概率易损性曲线,验证IDA方法的可靠性以及Opensees软件对于该类问题的适用性。     

基于Zhou-Nowak数值积分法的结构整体概率抗震能力分析

结构整体概率抗震能力分析是新一代基于性能的地震工程中的一个重要模块,以往的研究主要采用平均值一次二阶矩法或Monte Carlo模拟法,分析了这2种方法存在的问题。为了有效地考虑结构系统随机性对结构整体抗震能力的影响,将Zhou-Nowak数值积分法与结构非线性静力推覆分析相结合,提出了基于Zhou-Nowak数值积分法的结构整体概率抗震能力分析方法,以新一代地震工程模拟仿真软件OpenSees为计算平台,以最大层间位移角作为结构整体抗震能力参数,对钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力进行分析,并用Monte Carlo模拟法结果进行验证,从而建立了钢筋混凝土框架结构相应于不同性能水准的整体概率抗震能力模型。算例分析表明,所提方法是一种具有较高效率和较好精度的结构整体概率抗震能力分析方法。     

建立生命的地震易损性概率矩阵初探

1966年3月8日河北省邢台地震(M_S=6.8)震害调查资料的统计分析结果表明,地震造成人员伤亡的损失程度遵从正态的概率分布,据此初步建立起土坯墙房的生命地震易损性概率矩阵P(D_0|I)。该矩阵将可应用在地震灾害生命损失的概率预测研究中。     

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。