基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

钢筋混凝土结构易损性的研究大多数集中于地震烈度或地震动峰值加速度上(PGA),地震动的选取亦没有考虑近远场地震的不同,且对于房屋建筑的研究较少.因此综合考虑地震动峰值加速度及阻尼比为 5%的谱加速度,考虑近场及远场地震的不同性质,对一钢筋混凝土框架房屋进行地震易损性分析.定义了结构整体的4 个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平的方法.最后基于增量动力分析(IDA)的结果,采用该方法对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,对结构在不同IM 参数及不同地震动下的易损性能进行评估和对比分析.从而可以根据结构的实际地震需求从概率意义上判断结构所处的地震破坏状态,为今后震害预测提供了参考.     

基于全概率PBEE方法的RC框架结构地震损失分析

结构损伤机制的选择、评价、设计与控制是建筑结构抗震设计面临的热点与难点。定量评价建筑结构地震损失不仅是结构损伤机制选择与评价的重要环节,也是抗震防灾决策的重要依据。以全概率PBEE方法（PEER-PBEE Methodology）为基础,给出了地震损失计算方法和流程,结合工程实际确定了地震损失评估所需考虑的地震动强度范围,归纳总结了RC框架结构各类构件的易损性函数和损失函数。定量评价了按现行规范设计的不同抗震设防烈度的典型多层RC框架结构的地震损失,分析了设防烈度、倒塌风险、构件类别等因素的影响。研究结果表明,该评估方法可为抗震防灾决策提供参考。根据算例分析结果对不同烈度区的建筑结构地震损失控制提出了有关建议。     

考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失EI北大核心CSCD

研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失,对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。建立高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架,引入双地震动强度参数,采用增量动力法进行易损性分析,得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比,验证了所建模型及易损性曲面的合理性;以此为基础,评估隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明,建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤,在高速公路隧道设计基准期内,轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大,中等损伤次之。该隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。     

残损古建筑木结构的地震易损性分析

为评估残损古建筑木结构的抗震性能,基于完好（不考虑榫卯节点松动）古建筑木结构模拟振动台试验,获得了完好结构的破坏特征、模态参数、动力响应曲线等。采用OpenSees有限元程序建立了完好和考虑节点松动的残损结构的精细化计算模型,对比分析了完好计算模型和试验模型的模态参数和动力响应曲线。以地面峰值加速度（PGA）和最大层间位移角作为地震动强度指标和反应参数对残损模型进行增量动力分析（IDA）,通过对各模型进行地震概率需求分析研究了残损模型的地震易损性。结果表明：完好计算模型与试验模型的主要模态参数相差小于10%,柱脚和柱顶动力时程响应曲线基本一致,表明了计算模型分析的合理性和正确性;残损模型回归概率地震需求函数的决定系数介于0.83578～0.85761,较接近1,表明线性回归函数与数据点具有较高的相关度;当古建筑木结构的节点残损程度达到13.3%时,残损结构已不满足现有规范对结构抗震设防的要求,必须立即对其进行加固和修复。     

既有框架性能化抗震鉴定方法研究及工程应用

基于震害总结分析及大比例模型振动台试验研究,提出了以层间变形为衡量指标的既有框架结构性能水准,建立了性能水准与建筑损伤之间的联系;采用地震易损性分析方法研究了不同历史时期框架结构的易损性曲线,建立了结构易损性函数与矩阵;基于地震易损性分析结果,提出了基于概率的结构震害指数计算方法,可以对未来遭遇地震的损伤程度给出直观清晰的定性描述。最后以某展览馆为例,对展览大厅抗震加固前后的抗震性能进行了评估,验证了抗震加固的可靠性。     

基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估

为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:该文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。     

基于结构损伤的在役钢框架地震易损性研究

针对钢材锈蚀会致结构过早失效、需对不同龄期结构进行抗震性能评估问题,提出基于首超变形及累积塑性转角的双参数构件损伤模型;考虑构件与层权重系数建立结构整体损伤模型,定义结构4种破坏状态。通过已有钢材锈蚀规律引入时间参数,建立钢材多龄期本构与钢框架全寿命地震易损性模型,以9层梁柱焊接钢框架为例,选20条满足场地条件的地震波,对不同龄期（0年、25年、50年、75年、100年）钢框架分别进行动力增量（IDA）分析,所得不同龄期结构整体损伤指数与地震动参数（峰值加速度）之间满足指数关系,给出5个龄期、4种性能水平下结构易损性曲线。通过二次曲线回归拟合不同性态水平下结构破坏时峰值加速度（PGA）平均值及对数标准差与龄期关系,建立结构随龄期变化的连续失效概率函数,获得结构失效概率随龄期变化规律。     

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型EI北大核心CSCD

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。     

近断层地震动作用下浅埋综合管廊地震易损性研究

为准确评估近断层地震动作用下浅埋综合管廊的地震损伤,利用ABAQUS建立土-结构整体有限元模型,以综合管廊层间位移角最大值为损伤指标,基于IDA方法进行结构地震易损性分析,重点考察近断层地震动强度指标和场地土特性对综合管廊抗震性能的影响。结果表明：近断层地震动加速度型指标的离散性最小,建议选取加速度型指标PGA、Sa作为地震动强度指标;以有限元计算数据为样本,采用BP神经网络可高效预测综合管廊结构的地震损伤,PGA、Sa及土体剪切模量对综合管廊地震易损性分析的影响较大,随着土体剪切模量的增大,超越概率逐渐减小,同时,LS、CP状态的超越概率变化范围要明显大于OP、IO状态;考虑PGA和Sa双参数更能准确反映不同地震动参数对结构损伤的影响,而仅考虑PGA或Sa单参数有可能高估结构的损伤程度。因此,对综合管廊等浅埋地下结构进行地震易损性分析时,建议综合考虑PGA和Sa的影响。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能分析

为了合理评估高强钢组合K形偏心支撑框架（K-HSS-EBFs）的抗震性能,首先建立了振动台试验试件的有限元模型,验证了有限元分析方法的适用性。设计了一个10层K-HSS-EBF结构,选取10条地震记录对其进行增量动力分析（IDA）。探讨了在强震作用下结构的薄弱部位、耗能梁塑性区的形成和发展、基底剪力和最大层间位移的关系,得到了结构概率分位值为10%、50%和90%的IDA曲线以及位移延性系数,结合定义的性能参数评估了结构的抗震性能。研究表明:随着地震动峰值加速度的增加,各层耗能梁先后进入塑性,并逐渐发展,吸收地震能量; K-HSS-EBFs的易损曲线能很好地反映其抗震性能;按《建筑抗震设计规范》设计的高强钢组合K形偏心支撑框架偏保守,能承受远大于设防烈度的地震作用,造成结构设计的浪费。     

基于易损性方法评估楼板对结构抗震性能的影响

结构地震易损性分析是评估工程结构地震灾害损失的关键。基于增量动力分析(IDA)方法和性能化设计理论,结合抗震规范对结构破坏状态的定义和限值的规定,得到结构抗震能力概率函数;应用IDA 方法,获得结构地震需求函数,提出了有效评估整体结构地震反应的基于性能的易损性分析方法。通过对一考虑和不考虑楼板作用的钢框架结构进行地震易损性分析,从破坏概率的角度进行破坏状态评估和地震风险性分析,得出楼板效应将导致结构延性和抗震性能下降、显著降低结构抗地震倒塌能力和改变倒塌模式等结论,为结构抗震设计、加固和震后地震灾害的损失评估提供参考。     

不同CMR的RC框架结构地震损失分析

为研究结构抗倒塌储备能力对减小结构地震损失的作用,提出基于结构抗倒塌能力储备系数(CMR)的钢筋混凝土框架结构地震损失分析方法。利用IDA方法,确定结构在连续地震强度下的易损性,根据结构的破坏概率及易损性曲线计算地震经济损失。将结构抗倒塌能力指标CMR与结构在给定地震强度下的经济损失相结合,建立基于CMR的地震损失模型。对脆性及延性结构的倒塌特性和地震损失进行了系统地对比分析。通过四个RC框架结构分析,结果表明:地震损失评估与结构的CMR具有密切关系。在给定地震强度作用下,结构地震损失随CMR的增大而减小;CMR较小的结构随地震强度的增大损失增加较快,而CMR较大的结构则随地震强度的增大损失增加相对较平缓。所提出基于结构CMR地震损失评估思想可以作为量化地震损失评估较有前景的改进方法。     

基于LHS-MC方法的矮塔斜拉桥地震风险概率分析

提出一种既能避免繁琐积分,又能综合考虑结构材料和地震波动随机性问题以及地震危险性的地震风险概率计算方法。基于结构材料参数的概率分布,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法考虑结构构件材料参数的随机性,并结合选取的地震波,形成地震动-桥梁组合样本集。针对典型矮塔斜拉桥结构体系建立非线性有限元纤维模型,确定各主要构件的损伤指标,与增量动力分析方法相结合进行了地震易损性分析,选取合适的分布函数,拟合加速度峰值-结构损伤概率曲线。采用蒙特卡罗(MC)抽样方法离散地震危险性概率模型,避免了繁琐的积分,针对典型矮塔斜拉桥的地震风险概率进行了评估。     

基于概率的钢框架结构地震失效模式识别方法

该文定义了构件的截面损伤指标,基于增量动力分析(IDA)方法,对地震输入下结构的失效模式进行分类,进一步统计得出各失效模式下构件端部截面损伤均值。提出基于概率的地震失效模式识别方法,建立各失效模式下结构失效概率关系表达式。基于OpenSees平台,对一个20层benchmark钢框架结构模型进行数值分析,结果表明,根据关键层的损伤状态可以合理地划分失效模式,引入构件重要性系数能较好地反映各构件截面损伤对结构失效模式的影响,基于概率的地震失效模式识别方法能有效的判别结构发生各失效模式的概率大小。     

锈蚀钢框架地震易损性评定方法

钢结构锈蚀降低了钢材塑性变形能力,降低了断裂韧性,势必影响锈蚀钢结构的抗震性能。该文借助于加速腐蚀试验,研究了钢材力学性能随锈蚀程度的变化规律,建立了钢材强度、延性指标与锈蚀程度之间的关系;研究了地震作用下钢结构损伤状态及性能水平与锈蚀程度之间的关系,并基于极限破坏状态提出了锈蚀钢框架层间位移角限值取值方法。以5层钢框架为例,运用静力弹塑性分析方法,探讨了锈蚀对钢框架构抗震性能的影响;运用增量动力分析法,建立结构损伤指标与地震动强度指标的关系,得到不同龄期锈蚀钢框架地震易损性曲线,提出了锈蚀钢框架地震易损性评定方法。研究结果表明:同龄期不同极限状态结构超越极限状态的概率不同,倒塌极限状态下差距较大,而正常使用极限状态差距较小,若不修正层间位移角限值会高估锈蚀钢框架抗震性能。     

基于性能的钢框架结构失效模式识别及优化

该文定义了损伤和滞回耗能两个性能指标,以增量动力分析(IDA)方法为基础,提出基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,并以性能指标为目标函数,以构件截面尺寸作为变量,建立钢框架结构失效模式多目标优化方法。在多条地震波作用下,对一个20层benchmark钢框架结构进行了失效模式识别与优化分析,结果表明,以损伤和滞回耗能作为评价指标的基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,能有效识别最不利地震作用下的结构失效模式,基于性能的失效模式多目标优化方法能够显著提高结构整体的抗震性能。     

基于易损性指数的钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

在传统地震易损性分析的基础上,提出了易损性指数的概念,并用其来评估结构的地震损伤。通过引入群体结构震害评估中震害指数的概念,结合解析地震易损性分析得到的结构破坏状态概率,将震害指数的数学期望作为单体结构的易损性指数。选择8层和10层两组考虑不同抗震设防水平的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析得到结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线、易损性指数曲线以及结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数。分析结果表明:按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构基本可以满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的性能要求。在大震作用下,结构可以较好地控制较严重破坏的发生。随着抗震设防水平的提升,结构的抗震能力得到了加强,但结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数却发生了增加。     

强震下网壳结构性能的多模态整体损伤演化

在已有宏观地震整体损伤模型基础上,借助线性模态置信准则(英文简称LMAC)来考虑强震作用下网壳结构体系中普遍存在的模态跃迁现象,并结合网壳结构振动特性,给出了模态损伤贡献因子取值为1.0的简化模态损伤计算模型,结构整体损伤则由各阶模态损伤依据模态损伤独立性假设来进行组合得到。在将该模型应用于强震作用下某一算例施威德勒单层网壳结构的损伤演化规律分析与数值验证中发现,当认真处理好模态匹配和高阶模态对损伤的贡献度时,得到的损伤指数更符合通用正S型损伤发展规律,且与三条地震波作用下网壳结构增量动力分析(IDA)得到的特征响应,尤其是最大节点位移曲线吻合较好。此外,简化H2损伤模型不仅能够量化初始缺陷对结构整体初始损伤的影响,而且能够揭示初始缺陷对结构损伤影响的多模态特性。尽管计算结果与地震波的选择存在较大的关联,但是对应于各个特征点损伤数值却显示出较好的一致性。     

高层隔震结构双质点模型的地震响应单纯质点法研究

文中针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点法,该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值,推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。研究基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式,并通过利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。文中对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化,其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度,分析结果表明新方法计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相近,且能包络上部结构各层地震响应。本文所提方法计算量少,参数取值简便,可用于高层隔震结构地震响应的初步分析。     

钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估

为评估地震作用下结构构件的损伤程度,建立基于竖向剩余承载力的损伤指标,提出钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估方法。该方法对钢筋混凝土柱采用精细化分析模型,避免单自由度体系假设,通过增量动力分析获得对数正态分布形式的易损性曲线,进行地震损伤程度评估。研究表明:所提出的地震损伤评估方法,计算简单,能有效评估钢筋混凝土柱在不同地震动强度指标下的损伤程度,为震后钢筋混凝土结构的安全评估和修复加固提供了理论依据。