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。     

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.     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

基于结构等效周期选择和谱匹配地震动记录对RC框架结构地震易损性分析的影响

选择合适的地震动记录和地震动强度指标是结构地震易损性分析的基础。首先,分别以加速度反应谱S_a(T₁)值和S_a(T_eq)值为强度指标选取两组地震动记录各20条,并运用谱匹配方法对其进行基于目标设计谱的匹配;其次,输入匹配前后4组地震动记录分别对一个5层和一个11层钢筋混凝土(RC)框架结构模型进行增量动力分析,进而分析谱匹配方法以及不同强度指标对最大层间位移角、结构地震易损性、最大残余层间位移角和抗倒塌储备系数的影响。分析结果表明：输入谱匹配后的两组地震动记录,结构地震易损性结果的离散性明显降低且各损伤状态下50%超越概率对应的谱加速度S_a(T₁,5%)和S_a(T_eq,5%)未发生明显偏差;随着结构损伤程度的增大,以S_a(T_eq)为强度指标可以更有效地减小易损性分析结果的离散性;以抗倒塌储备系数为参考指标,S_a(T₁,5%)作为...     

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。     

按现行规范设计的Ⅷ度区RC框架结构的倒塌性能评估

选取按照现行规范设计的既有建筑进行有限元建模,考虑地震动的不确定性对其进行大量增量动力分析(IDA),得到模型的IDA曲线簇。在此基础上对其进行地震需求概率分析和概率抗震能力分析,拟合得到结构的易损性曲线,据此对结构的倒塌概率进行定量评估,并比较基于非线性分析与性能评估软件PERFORM-3D的纤维模型和塑性铰模型的分析结果。结果表明:按照我国现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架结构,在预期的罕遇地震作用下倒塌概率较小,可满足"大震不倒"的要求;基于PERFORM-3D的截面纤维模型所得的RC框架结构,经非线性分析所得的倒塌概率相对保守,安全储备更高。     

基于土弹簧的桩-土-输电塔抗震性能研究

在传统输电塔抗震分析中,通常假设输电塔固定在地面上,而不考虑土G结构相互作用(SoilG Structure Interaction,SSI)对结构的影响,从而可能导致输电塔抗震性能评估不准确.依托某 1000kV输电铁塔实际工程,对地震动激励下考虑SSI的输电塔进行综合的地震响应、倒塌破坏和倒塌易损性分析.在 ABAQUS中,通过沿桩体设置依据 API规范确定的零长度弹簧模拟土体与桩体间的相互作用,建立考虑SSI的输电塔有限元模型.基于数值模型,开展输电塔动力特性和结构动力响应分析.采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)方法,研究SSI对输电塔倒塌机理和易损性的影响.结果表明:考虑和未考虑SSI的输电塔振型相似,但自振频率相差较大;忽略SSI会低估输电塔的地震响应,同时高估输电塔的抗倒塌能力.因此考虑SSI可以提高输电塔抗震能力,进而确保输电线路的安全性.     

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。     

对角预应力拉索重组竹框架地震易损性分析

传统的竹（木）框架结构因其抗侧力性能差,导致地震灾害下损失较大。在竹（木）框架中增设对角预应力拉索,可以有效地提高其抗侧刚度。为研究重组竹框架结构中对角预应力拉索对结构抗震失效概率,采用增量动力分析（IDA）对其易损性进行分析。通过定义3个性能水平,以地震峰值加速度作为地震强度指标,结构的层间位移角作为结构响应参数,分析得到无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线。最后分析对角预应力拉索对重组竹框架,得到2种预应力水平下的地震易损性曲线,并与无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线进行了对比,研究对角预应力拉索对重组竹框架地震易损性的影响。     

基于性能的钢筋混凝土框架剪力墙结构地震易损性分析

以某典型的20层钢筋混凝土框架剪力墙结构作为研究对象,研究基于性能的RC框架剪力墙结构易损性分析方法。首先选择合适的地震动记录,以0.2g为步长进行调幅后,建立300个结构-地震动样本空间,并确定结构损伤指标和性能参数;然后应用增量动力分析方法计算结构的地震动力响应,选择基本周期加速度反应谱为地震动参数,以研究结构反应的不确定性,并深入分析地震动参数与结构地震需求参数的关系;在此基础上,建立该结构基于加速度反应谱的易损性曲线进行结构易损性分析与评估。结果表明：随着地震动强度的增大,IDA曲线由单调增加变为非单调增加,分位曲线（16%,50%和84%）可以准确地衡量结构的性能;框剪结构在地震作用下的抗震性能表现良好,随着地震强度的增长,各性能超越概率大小的增长速度是不同的。     

基于IDA方法的小雁塔结构抗震性能评估

以小雁塔结构为原型,通过试验研究建立其材料本构模型;应用IDA分析方法,建立IDA分析曲线并对小雁塔结构进行增量动力弹塑性分析,判断小雁塔结构的最不利位置,定义IDA分析的极限状态;将IDA曲线的斜率下降幅值与小雁塔结构性能水准相对应,划分小雁塔结构的性能水准指标;通过对小雁塔结构在增量地震动强度作用下地震响应分析和不同性能状态下各层的楼层位移和层间位移角的变化规律,对小雁塔结构进行了抗震性能评估;研究表明:基于IDA分析方法的小雁塔抗震性能评估可以考虑结构抗震能力的随机因素,精确地描述小雁塔结构在地震过程中的行为。该方法为类似砖石古塔结构的抗震性能评估提供了新途径。     

地震强度指标选择对长周期钢结构余震IDA分析的影响

结构在主震作用下发生损伤,由于刚度和强度退化导致结构周期的延长,再加上高阶周期的影响,在随后的余震对主震损伤结构抗震性能的影响分析中,基于弹性周期的传统谱加速度可能不适用,有必要对地震动强度指标的选择进行进一步研究。本文以9层Benchmark钢框架为研究对象,选取10种地震动强度指标,分别从离散性和相关性两个维度对比分析了其在余震IDA分析中的优劣性。研究结果表明:与最大层间位移角相比,最大残余层间位移角更能够准确地量化主震对结构造成的损伤;对于钢框架结构,基于一段周期的几何平均谱加速度的IM_Boj&Lev指标是最优的地震动强度指标,相对于S_a（T₁）离散性降低了30%左右,相关性提高了6%左右。     

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。     

钢筋混凝土框架结构震后功能恢复能力的量化研究

震后功能恢复能力是指建筑物、社区或城市等遭受地震影响后实现功能恢复的能力。以一钢筋混凝土框架结构为对象,基于OpenSees有限元分析平台,对其进行增量动力分析,得到其对应于不同损伤状态的地震易损性曲线。进而基于单体建筑损失评估理论,评估该结构在不同强度水准地震动作用下的地震损失,包括直接经济损失和间接经济损失等。在此基础上,分别利用直线型、指数型以及三角函数型功能恢复模型,在不同强度水准地震动作用下,分别计算该结构的震后功能恢复能力。结果表明:随着地震动强度的增加,基于3种恢复模型计算得到的震后功能恢复能力都在下降,而且直线型和三角函数型恢复模型得到的恢复能力均比指数型的下降更快;在同一强度水准地震动作用下,基于指数型恢复模型计算得到的震后功能恢复能力均高于直线型和三角函数型恢复模型,即使在较强水准地震动作用下,根据指数型恢复模型得到的恢复能力依然较大。而在各个强度水准地震动作用下,基于直线型和三角函数型恢复模型得到的震后功能恢复能力非常接近。     

基于IDA的金安桥混凝土重力坝潜在失效模式研究

为了研究混凝土重力坝在地震动荷载作用下的潜在失效模式,以金安桥碾压混凝土重力坝5号非溢流坝段为例,运用粘弹性边界法和流固耦合法建立了反映重力坝在地震动作用下动力响应特征的坝体-地基-库水抗震分析模型。基于增量动力分析（IDA）法:绘制了以相对位移转角为x轴（损伤指标,DM）和峰值地面加速度为y轴（强度指标,IM）的IDA曲线簇;分析了金安桥大坝在极端荷载作用下的潜在失效模式和其在不同峰值地面加速度下重力坝的损伤破坏过程。结果表明:金安桥大坝在地震动荷载作用下,可能发生功能失效的地方多出现在坝体折坡处、碾压分区交界处、坝踵与坝基交界处、廊道顶等应力集中处。因此,加强对这些区域的抗震防护有利于提高大坝整体的抗震水平。     

自适应顺序采样Kriging方法及其在增量动力分析中的应用

复杂结构的增量动力分析（IDA）对于结构的抗震设计和分析有着重要意义,但需对结构进行大量的非线性时程分析,计算量成本高。本文结合Kriging元模型和自适应顺序采样并用于结构增量动力分析以提高其计算效率和精度,其中:Kriging元模型用于预测结构的地震响应,顺序采样根据候选点的熵值补充非线性时程分析逐步增加Kriging模型的预测精度。借助本文方法,IDA曲线可通过少量的时程分析实现较高的精度。为了校验本文方法的可行性与有效性,对二层和九层钢框架结构模型应用直接IDA、hunt&fill方法和本文方法分析并比较了上述三种方法的计算误差、计算效率和IDA曲线差别。在此基础上本文将自适应顺序采样Kriging方法用于考虑结构不确定性参数的IDA分析,并和传统的蒙特卡洛方法进行比较。结果表明:该方法具有较高的计算效率,可以保证IDA曲线的精度。     

砖石古塔抗震性能评估方法及抗震加固措施研究

为了提高砖石古塔的抗震性能,针对其地震反应特点,研究了砖石古塔的抗震薄弱部位、抗震性能评估方法、评价指标以及抗震加固措施。主要研究结论为:（1）提出了采用极限承载能力与层间位移角2个指标综合评估砖石古塔的抗震性能,并通过工程实例验证了该方法的有效性。（2）提出了对穿锚杆锁定内外钢带围箍和竖向贯穿钢筋为主,聚丙烯酸脂乳液砂浆裂缝注浆为辅的砖石古塔综合抗震加固措施。（3）砖石古塔塔底截面为承载能力抗震薄弱部位,抗拉能力不足是导致塔体破坏的主要原因。（4）地震作用下,砖石古塔随着塔体层数的增加,层间位移角增大,顶层塔体为变形能力薄弱部位。该研究结果可为砖石古塔的抗震性能评估与抗震加固提供参考。     

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。     

RC框架结构超强系数与地震经济损失风险分析

基于现行的中国抗震设计规范,设计了6个不同参数的钢筋混凝土框架结构模型,利用静力弹塑性(Pushover)分析方法求得各个框架结构的超强系数;同时,利用基于性能的抗震设计(PBSD)的方法,通过增量动力分析(IDA)、易损性分析和地震损失风险分析等,定量的求出各个框架结构的经济损失风险,并比较了不同框架结构超强系数和经...     

大型电气设备瓷套管地震易损性分析

通过对电气设备进行增量动力分析(IDA),得出在不同地震波作用下瓷套管根部的应力值,回归分析得出瓷套管应强比(RSS)与地震峰值加速度(PGA)的关系式.以瓷套管应强比作为整体性能指标,进行地震易损性分析,得出瓷套管在不同破坏状态下的应强比值区间,给出瓷套管地震失效概率与地震峰值加速度之间的计算公式,并绘制瓷套管在不同...