考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性分析

隧道服役环境往往较为复杂,在服役过程中容易遭受各种侵蚀作用而导致材料性能退化,直接影响隧道结构的抗震性能。为研究衬砌劣化对隧道抗震性能的影响,基于混凝土强度经时模型和钢筋锈蚀参数的统计特征,确定混凝土及钢筋材料性能的退化规律,建立衬砌时变承载力方程。结合地震易损性分析方法,提出考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性评估流程。以西部强震区典型深埋山岭隧道为例,采用增量动力分析方法开展一系列二维动力时程计算,基于Python语言编程,实现地震响应结果数据的自动提取和基于地震响应全过程结构最大损伤指数(DI_(max))的搜索计算。在此基础上,建立考虑混凝土劣化、钢筋腐蚀以及两者共同作用条件下,不同服役年限隧道的地震易损性曲线。结果表明:衬砌的易损性随服役时间的增加呈两阶段非线性增大,服役前期(0～50 a)增加缓慢,服役后期(50～100 a)增速加快。说明服役时间越长,衬砌劣化对隧道地震易损性的影响越大。在评价既有隧道抗震性能时,需考虑长期材料性能劣化的影响。此外,不同围岩级别下隧道易损性曲线随服役时间的变化规律相似,围岩级别和衬砌劣化一样,均对隧道地震易损性有重要影响,具体表现为衬砌的损伤概率随围岩变差而增大。所得结论可为运营隧道易损性分析和风险评估提供参考。     

增量动力分析法在预压装配式PC框架结构中的应用

为考察预压装配式PC框架结构的抗震性能,本文采用增量动力分析(IDA)来考虑地震动的不确定性,以工程中常用的最大层间位移角作为结构性能参数、地面峰值加速度作为地震动强度参数,利用有限元软件SAP2000建模,并采用非线性LINK单元模拟塑性铰的方式考虑结构构件的非线性属性,通过对某7层预压装配式PC框架进行IDA分析,得到一系列IDA曲线,然后对这些曲线进行汇总分析得到该结构概率分位值为16%,50%和84%的IDA曲线,并确定各曲线上对应的极限状态点。把IDA方法引入到地震易损性原理中,得到该结构的地震易损性曲线,并对结构的易损性进行了分析和评估。通过对本文算例的分析,可以为增量动力分析以及地震易损性分析在同类结构中的应用提供参考。     

软土地层中双圆盾构法隧道的抗震分析

目前对于上海双圆盾构法隧道的抗震问题 ,尚没有成熟的方法可供利用。本文结合上海地区典型软土室内动力试验研究成果 ,采用考虑土 -结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定分析方法 ,研究了隧道 -土体体系二维地震反应 ,并应用梁单元有限元模型研究了隧道的纵向地震反应。计算结果包括 :地震引起的隧道周围软土孔隙水应力比、震陷、动剪应力比 ,以及隧道结构的动剪应力、轴力、剪力、弯矩等。最终从地震影响角度对该隧道的优劣作了初步评价 ,为工程决策提供了重要参考依据 ,所得结论可为软土隧道抗震设计提供参考依据。     

土-地下车库-上部结构相互作用体系地震易损性研究

本文提出了适用于地下车库结构的地震易损性评价指标,在此基础上对地下车库结构进行基于增量动力分析的地震易损性分析。结果表明,当结构遭遇7度罕遇地震时,结构能够保证完全可用的概率约为30%,结构能够保证基本可用的概率约为95%;同时本文对附带上部框架结构的地下车库土-结构相互作用体系进行增量动力地震易损性分析,在使用了本文提出的易损性评价指标的基础上,得到了地上结构和地下车库结构的地震易损性曲线。结果表明,当结构遭遇7度罕遇地震时,地下车库结构能够保证完全可用性能水准的概率约为15%,能够保证基本可用性能水准的概率约为85%。由于上部框架结构的影响,地下车库结构达到完全可用和基本可用性能水准的概率分别降低了约15%和10%。     

地震作用下钢筋混凝土桥梁结构易损性分析

针对缺乏桥梁结构地震破坏数据的地区 ,考虑地震地面运动、局部工程场地条件和桥梁本身参数的不确定性 ,给出了一种地震作用下钢筋混凝土结构易损性曲线的系统性分析方法 ,对美国中东部受NewMadrid地震带影响的高速公路系统混凝土连续桥梁结构易损性进行分析 ,并给出了桥梁结构的易损性曲线 ,表明本文方法对该类地区桥梁结构的易损性分析具有适用性。     

深厚软土场地道路隧道结构横向地震响应分析

确定场地范围和地震输入方式是道路隧道地震响应分析的前提。以上海深厚多层软土场地的自由场解析为基础,验证2D有限元模型的场地基岩和侧向边界假定的合理性;进而选取典型盾构法和明挖法隧道为研究对象,建立有限元2D地层-隧道地震动力响应分析模型,分析评价合理的基岩面深度与侧向边界宽度。结果表明:深厚软土场地的隧道地震响应分析应采用黏弹性人工边界以合理实现自由场边界;侧向边界的选取范围对隧道的动力响应影响较小,计算模型的底部边界深度对响应影响较大;取70 m深度为基岩面得到隧道结构地震动力响应是偏于安全的,但场地的基频有所变化。     

基于IDA方法的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

采用SAP2000结构分析软件,选取12条地震动记录,对7个RC框架结构进行基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析。对地震动强度参数PGA和S_a(T_1,5%)的有效性进行了对比,选取离散性小的参数绘制地震易损性曲线,并分析了混凝土强度和轴压比对RC框架结构地震易损性的影响。结果表明:以S_a(T_1,5%)作为地震动强度指标绘制的IDA曲线离散性较小;随着地震动的增强,IDA曲线的斜率逐渐减小,曲线的离散性越来越大。结构很容易超越小震不坏的弹性阶段,并且抗倒塌能力较强。混凝土强度越高,结构在地震作用下越不容易发生破坏;轴压比越大,结构在地震作用下越容易发生破坏。分析结构的地震易损性可以为地震灾害评估提供依据。     

川藏线不同墩高铁路简支梁桥地震易损性分析

基于地震易损性分析的理论方法,建立了川藏线铁路简支梁桥的分析型地震易损性模型。根据桥梁结构自身不确定参数,采用拉丁超立方体方法进行抽样并建立桥梁分析样本库。利用实测的汶川地震动对各样本进行了非线性动力时程分析,获得结构各构件的最大动力响应数据,通过回归分析建立了地震动强度和桥梁构件地震需求之间的关系。在确定结构不同构件各损伤状态对应的极限状态后,基于对数正态分布假设,采用传统可靠度理论建立了桥梁各构件地震易损性曲线,获得的易损性曲线可以为川藏线抗震设计提供依据。     

在役钢结构基于损伤模型的地震易损性分析

基于已有钢材力学性能及钢材厚度锈蚀规律,对4个不同服役时间(0年、15年、30年、45年)的钢框架结构以峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构整体损伤作为地震需求指标,对结构进行增量动力时程分析(IDA),对分析结果进行对数线性拟合,分别建立离散的地震易损性曲线,同时建立连续的地震易损性曲线。以一个15层3跨钢框架为例,建立有限元模型并对结构进行IDA分析,同时建立不同服役时间地震易损性曲线。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。     

基于性能的输电塔地震易损性分析

本文以某高压输电塔为研究对象,同时考虑了结构本身的随机性和地震作用的随机性,采用了非线性屈曲分析及动力响应分析对结构的抗震性能、地震反应进行了分析。在基于性能的分析框架下,通过蒙特卡罗数值模拟获得了输电塔的抗震能力曲线,并分析了其统计特性,计算得到结构的地震易损性曲线,为输电塔的抗震防灾规划提供风险评估的数据基础。     

基于性能的多层砌体结构地震易损性分析

为评估不同年代多层砖房的抗震性能,根据构造柱设置情况将多层砌体结构分为5个抗震措施类别,以静力非线性方法为基础,并利用层间位移角作为衡量不同破坏状态的量化指标,提出基于性能的多层砌体结构地震易损性分析方法。为考虑地震动的随机性和结构的随机性,采用蒙特卡洛法生成200万个结构-地震动随机样本并对其进行分析,建立多层砌体结构的地震易损性曲线,研究结构层数、抗震措施、材料强度、抗震墙面积率等因素对多层砌体结构地震易损性的影响。结果表明,结构层数对多层砌体结构地震易损性的影响最大,材料强度、抗震措施和抗震墙面积率对多层砌体结构地震易损性也有较大影响。基于易损性分析结果所建立的某多层砌体结构的地震易损性矩阵,可为基于性能的抗震评估提供参考。     

双向地震作用下浅埋软土电力隧道的动力响应

为了研究浅埋软土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋软土地下电力隧道进行了数值模拟。建立了双向地震作用下软土电力电缆隧道的三维计算模型,考虑地下水位为地表以下1 m,计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的速度、加速度、位移进行了监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移62.7 mm,竖向残余位移7 mm,隧道结构产生的永久变形为63 mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移52.1 mm,竖向相对位移几乎为0。地表水平残余变形16.4 mm,竖向残余变形7 mm。结构剪应力大小随着动荷载的增大而增大,而主应力随动荷载的输入而减小。数值分析结果表明,在软土地基下电力隧道产生剪切破坏的可能性较大,拉伸破坏和共振的概率较小。     

局部线性分布荷载作用下软土盾构隧道解析解

通过对集中荷载作用下弹性地基梁挠曲曲线函数进行积分,推出局部线性分布荷载作用下软土盾构隧道结构简化为弹性地基梁进行纵向结构分析时挠度、转角、弯矩及剪力的解析表达式;并对上海地铁2号线的盾构隧道结构进行计算,得出其隧道结构纵向各个位置挠度、转角、弯矩及剪力的值,对局部线性分布荷载作用下软土盾构隧道结构纵向设计具有重要意义。     

框架-剪力墙结构的地震易损性曲线建立方法

总结了地震作用下框架-剪力墙结构的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,当然,还要考虑到地面运动、本地土壤条件等不确定性。框架-剪力墙结构体系则是目前高层结构所普遍采用的结构形式之一,因此展开该结构地震易损性分析研究对震害应急及防御都有重要的应用价值,并通过建立易损性曲线来直观了解框架-剪力墙结构地震易损性情况。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

基于耐震时程分析法的高效地下结构地震易损性分析

为研究基于耐震时程分析法对地铁车站进行高效地震易损性分析的可行性，选取Ⅲ类工程场地中典型两层三跨地铁车站作为研究对象进行地震易损性分析。为反映所构造的耐震时程曲线具有所选天然地震记录的离散特性，借鉴IDA分析中分位数回归统计方法，分别以所选实际天然地震记录反应谱的16%,50%,84%分位值作为目标反应谱，各自构造3条人工耐震时程曲线作为有限元模型输入，并基于耐震时程分析结果与IDA结果绘制各级性能水准下的地铁车站地震易损性曲线。结果表明：在Ⅲ类工程场地中两种方法计算得到的地下结构各级性能水准地震易损性曲线吻合良好。因此，考虑输入耐震时程曲线离散特性的耐震时程分析法能够显著降低地下结构进行地震易损性分析过程中的非线性动力时程计算次数，并保证较高的计算精度；同时也验证了基于地震记录反应谱的分位值构造一系列具有离散特性耐震时程曲线进行易损性分析的思路是可行的。     

基于性能的方钢管混凝土框架结构地震易损性分析

钢-混凝土组合结构由于兼有钢结构和混凝土结构的优点,近年来得到了迅速发展和广泛应用,目前已成为我国高层建筑领域内应用较多的一种结构形式。虽然在地震区越来越多地采用这种新型的结构,但迄今为止还没有发现对钢-混凝土组合结构的地震易损性进行过研究的文献。因此给出一种基于性能的结构整体地震易损性分析方法,该方法既考虑了结构本身的不确定性,又考虑了地震动输入的不确定性。并定义了结构整体和楼层的四个极限破坏状态,从而提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。最后采用该方法对两个不同类型的方钢管混凝土框架结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构的易损性能进行评估和分析,并比较了两个结构的易损性能。     

局部均布荷载作用下软土盾构隧道结构分析

通过对集中荷载作用下弹性地基梁挠曲曲线函数进行积分,推出局部均布荷载作用下软土盾构隧道结构简化为弹性地基梁进行纵向结构分析时的挠度、转角、弯矩、剪力及地基反力的解析表达式,并对上海典型地质条件下的盾构隧道结构进行计算,得出其隧道结构纵向各个位置挠度、转角、弯距、剪力及地基反力的值,对局部均布荷载作用下软土盾构隧道结构纵向设计具有指导意义。     

某超高层混合结构基于增量动力分析的地震易损性分析

随着计算机技术的不断进步,基于IDA的地震易损性分析可成功运用到建筑结构基于概率的抗震性能评估中。首先介绍了增量动力分析与地震易损性分析的基本原理与方法步骤。然后以深圳某超高层混合结构为算例,从模型的建立、地震波的选择、增量动力分析的实施、结构极限状态的确定以及易损性曲线的绘制几个方面,详细介绍了算例结构进行地震易损性分析的过程。最后对结构进行了基于概率的抗震性能评价,为地震易损性分析应用于超高层建筑结构提供参考。研究结果表明,结构具有良好的抗震性能,满足我国抗震设计规范的三水准设防要求,具有很强的安全储备。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。