基于向量地震动强度指标的拱坝地震易损性分析

将地震动顺河向分量的一、二阶谱加速度以及地震动横河向、顺河向分量的一阶谱加速度分别作为反映地震动强度的向量指标,建立了以拱冠位移、横缝开度和损伤体积比为性能指标的拱坝地震易损性曲面,以预测拱坝在不同强度水平的地震作用下达到各级破损的概率。以白鹤滩拱坝为研究对象,考虑地震动以及材料的不确定性对拱坝进行增量动力分析,将分析结果取对数后进行二元线性回归,得到概率地震需求模型,然后建立了不同性能指标的拱坝地震易损性曲面,并对基于向量地震动强度指标和基于标量地震动强度指标进行拱坝地震易损性分析的效率进行了比较。研究结果表明:基于向量IM的易损性分析能够显著降低拱坝地震需求预测的离散性,同时基于向量IM比标量IM更加高效,采用基于向量IM的地震易损性曲面对拱坝进行易损性分析能更加准确地评估拱坝的抗震性能。     

地下综合管廊结构的易损性分析

地下综合管廊结构在工作过程中可能受到不同强度的地震动作用。研究在不同强度的地震动 作用下地下综合管廊结构的易损性问题。根据混凝土材料在单轴受压状态下的应力－应变曲线提出混 凝土破坏的4个性能水平。以非线性动力分析为基础,通过多条随机地震动的输入得到管廊结构的地 震响应时程数据,以重要节点的位移响应作为管廊结构的性能参数,建立结构性能参数与地震动强度指 标之间的关系。根据概率地震需求分析方法对管廊结构进行基于性能参数的易损性分析并绘制管廊结 构的地震易损性曲线,对管廊结构的抗震性能进行评估分析。     

基于响应面法的拱坝地震易损性分析

基于响应面法建立了一种高效的拱坝地震易损性分析方法。考虑混凝土拱坝材料以及地震动的不确定性,按照中心复合试验设计方法建立材料-地震动样本,采用Abaqus有限元分析软件建立拱坝有限元模型并对样本进行非线性动力时程计算,然后以拱冠位移为性能指标建立响应面模型。采用拉丁超立方抽样法从响应面模型中抽样,建立概率地震需求模型,从而获得地震易损性曲线,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供理论依据。分析结果表明：所建立的拱坝响应面模型精度较高,基于响应面法的拱坝地震易损性分析方法比传统的蒙特卡罗模拟法具有更高的效率。     

基于增量动力分析与多层感知机的 混凝土坝地震易损性评估

传统坝体地震易损性评估所采用的非线性数值模拟手段的计算量很大，为兼顾大坝地震易损性评估的高效 性与准确性，提出基于增量动力分析（incremental?dynamic?analysis,?IDA）与多层感知机（multilayer?perceptron,?MLP） 的混凝土坝地震易损性评估方法。以我国西北地区某混凝土重力坝为例，建立三维坝体-库水-地基有限元模型并 开展多组地震响应计算。利用等步长调幅处理所选地震动记录，并采用三向地震进行幅值输入；选取峰值 [ 地 面 ] 加速度（peak?ground?acceleration,?PGA）为地震动强度指标，坝顶顺河向位移为大坝损伤指标，初步进行混凝土 坝易损性分析。提取各地震动特性参数作为输入，坝顶顺河向位移为输出，训练并测试 MLP 模型；扩充地震动以 获取各地震动特性参数，利用 MLP 模型进行坝顶顺河向位移的快速预测，实现有限元结果的扩充，进行混凝土坝 易损性分析，并绘制易损性曲线。结果表明，将 MLP 模型引入分析可有效扩充数据量，利用 IDA-MLP 耦合方法 建立的大坝地震易损性曲线符合实际规律，验证了采用 MLP 模型预测混凝土坝损伤指标进而扩充数据的可行性， 在保证精度的情况下大幅提高计算效率，为同类型水工建筑物的抗震安全评价和防震减灾提供科学依据。     

高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析

为了进行高拱坝的地震风险分析,引入幂指数函数的形式来描述地震危险性曲线,结合概率地震需求模型和地震易损性曲线函数,推求了概率地震风险分析解析函数。基于此,以实际工程为例,开展了高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析。在概率统计框架下,以高拱坝-地基系统整体抗震稳定安全评价为研究目标,在考虑坝基岩体内控制性滑动块体滑裂面力学参数不确定性基础上,构建了概率地震风险分析模型,得到了基于残余滑动位移的高拱坝-地基体系年超越概率曲线。从而给出了设计基准期限内,高拱坝-地基体系整体地震稳定达到不同性能水平的概率,为其在极限地震下的抗震安全评价提供依据,同时为现有基于准则的混凝土坝抗震安全决策转向基于风险概率的安全决策提供科学依据。     

基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析

为了开展高拱坝-地基体系整体稳定地震易损性分析,从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发,综合考虑了地震动和材料参数的不确定性,采用增量动力分析方法（Incremental Dynamic Analysis,IDA）,开展了基于概率统计框架的1000次非线性动力响应分析。分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标,以地震动峰值加速度（peak ground acceleration,PGA）为地震动强度指标,定量的划分了高拱坝-地基体系的不同性能水平,绘制了地震易损性曲线,并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。结果表明,基于特征点残余滑动位移的IDA曲线可以将高拱坝-地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级;基于滑动面积比的IDA曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级;从而根据高拱坝-地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态,为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。     

考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究

在地震和波浪等复杂环境荷载作用下,海上风机的桩周冲刷和地震动水压力会显著影响海上风机的动力响应。建立了考虑地震动水压力及桩周冲刷效应的海上风机非线性动力计算模型,首先基于场地相关反应谱选取了34条地震动记录,通过多条带分析方法获取了不同工况下海上风机的地震易损性曲线,进一步讨论了地震动水压力和冲刷深度对海上风机地震易损性的影响。研究表明:在一般设防烈度下,冲刷深度对海上风机受到地震荷载作用时能否正常工作有显著影响,对风机发生永久性破坏概率的影响较小;而动水压力对海上风机4种极限状态下的地震易损性的影响均较小。海上风机易损性分析可为海上风机的抗震设计提供一定的理论指导,并具工程应用价值。     

基于性能的高土石坝抗震风险分析

在总结世界各国大坝抗震设防标准的基础上,建立了基于性能的高土石坝抗震风险分析模型。根据大坝地震危险性分析,确定了基于性能的地震动输入标准及地震峰值加速度的概率分布形式,建立地震作用下高土石坝常见破损模式(坝坡稳定和永久变形)的结构易损性模型;结合震后损失建议了高土石坝抗震风险评价矩阵。     

材料对跨断层埋地管线受力性能的影响分析

逆断层作用引起的地表大变形是导致埋地管线破坏的重要原因之一,埋地管线跨断层反应受到场地条件和管材等的制约,文章建立管土三维有限元模型,利用非线性接触定义管土界面。考虑了场地初始地应力影响,并依据计算结果分析了管材特性、管土摩擦、土性、管径等参数对埋地管线跨断层反应的影响,得到了一些有益结论。     

应用新版区划图确定水利工程场地地震动参数方法

结合现行水利及相关行业抗震设计规范,讨论了新版区划图的主要改进之处,阐述了地震动参数在水利工程抗震设防中的意义与作用。应用新版区划图确定场地地震动参数方法:(1)从图上查得Ⅱ类场地条件下的基本地震动参数,地震概率水准为50 a超越概率10%;(2)根据场地土层等效剪切波速(或岩石剪切波速)及场地覆盖层厚度值,确定场地类别;(3)根据场地类别提出调整后的场地地震动参数(其中地震动峰值加速度不完全等同于设计地震加速度);(4)根据Ⅱ类场地地震动峰值加速度提出对应的地震烈度(不完全等同于设计烈度);(5)根据工程抗震设计需要提供其他概率水准的场地地震动参数。工程实例表明,新版区划图对水工建筑物提出了更高的抗震要求,可操作性更强,得到的场地地震动参数更为安全、科学与合理。     

水工抗震学科国际科学技术发展动态跟踪

结合国内水工结构抗震研究的发展,对近年发表于相关领域的国际期刊杂志的工程抗震研究最新发展进行调研。伴随实际强震、近震地震动记录及震害资料的不断丰富,工程抗震研究也得到了不断深入,近期国内外在工程抗震的关注点主要包括基于性能的抗震设计、设计地震动参数的确定、近断层地震动的脉冲特征、地震动持时对结构地震损伤的影响、增量动力分析、混凝土大坝开裂后的动力稳定、地震动时空非均匀性对拱坝地震响应的影响等方面,本文对上述关注点进行了概括总结。     

基于设定地震的重大工程场地设计反应谱的确定方法

场址设计地震动参数的合理确定是重大工程抗震安全分析的重要环节之一。本文分析了基于地震危险性概率分析方法所得到的一致概率反应谱所存在的问题和不足，提出了一个新的反应谱确定方法，其直接采用不经烈度转换的反应谱衰减关系式且以场地相应设防概率水平的地震动峰值加速度为前提，采用发生概率最大的原则和与潜在震源中主干断裂相关联的原则确定场地相关设计反应谱。实例分析表明，该方法所确定的设计地震及场址反应谱参数较为合理，易于为工程设计人员所接受，并能满足工程抗震设计需求。     

十三陵抽水蓄能电站上水库面板堆石坝抗震复核分析

鉴于GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》将十三陵上水库工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度由0.15 g调整为0.20 g,相应地震基本烈度由7度升至8度。按照现行抗震规范,借鉴类似工程的坝料参数取值,结合筑坝材料的工程特性,并充分考虑大坝实际沉降情况下确定筑坝材料动力模型计算参数。采用拟静力法和非线性动力有限元法对上水库混凝土面板堆石坝进行了抗震复核。研究结果表明,上水库主坝抗震安全性能良好,满足规范要求。     

向家坝水电站地下厂房发电机组地震动参数选择研究

大型发电机组如采用大坝的抗震设防标准，将会导致制造成本过高。目前国内尚无针对大型地下厂房水力发电机组的抗震设防规范，因此需要通过论证合理选取地下水力发电机组抗震设防的标准．并据此选取设计地震动参数。根据国内相关抗震规范的原则，研究制定了向家坝水电站地下发电机组抗震设防标准．并在此基础上应用波动分析理论及计算程序，分析论证了向家坝电站地下发电机组埋深、地表地形以及基岩弹性模量对地震动参数选择的影响。     

基于增量动力分析的重力坝抗震性能评估

基于增量动力分析法(IDA),采用塑性耗能与总变形能的比值作为结构性能指标,提出了重力坝抗震性能评价的三级震害划分和两个极限状态下的失效性划分的建议,做出IDA曲线,并结合分位数分析和易损性分析对重力坝抗震性能进行评估。以邯郸京娘湖重力坝为例,进行一系列的非线性分析,结果表明:分位数分析的IDA曲线中每个极限状态的峰值地面加速度PGA均大于设计地震的峰值地面加速度,满足该重力坝的功能保障性水平和安全保证性水平。易损性分析下,1.5倍设计地震作用时65.92%的概率处于正常使用阶段,100%可以保证安全。结果表明该重力坝具有良好的抗震性能。该项研究结果为重力坝抗震性能设计和安全风险评估提供了新思路。     

基于MSA法的高心墙堆石坝地震沉降易损性分析

多条带分析法(MSA)是新近提出的一种针对离散强度因子的易损性分析方法,为结构安全评估提供了有效路径,但目前在土石坝工程领域应用较少。本文针对高心墙堆石坝,选取坝顶震陷率为性能指标,建议了轻度、中度和重度破坏三个等级;考虑地震动的随机性,采用MSA法开展了易损性研究,得到了不同破坏等级的易损性曲线和概率,为大坝的强震性能评价提供准则和参考;不同条带数量下地震易损性分析结果表明,适当减少水平条带数量,对易损性结果影响不大,这有利于计算工况的减少。     

新抗震规范要求下高拱坝抗震安全研究

白鹤滩水电站区域构造稳定性较差,2016年的设计地震动参数复核结果表明,场址100年超越概率2％相应基岩水平地震动峰值加速度为451 gal.根据NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》、GB18306-2015《中国地震动参数区划图》以及地震安全评价结果,基于复核后的地震动参数,对高289 m的白鹤滩拱坝抗震安全进行研究,主要内容包括工程场地地震安全性分析、拱坝动力特性和地震反应、坝肩关键块体的整体抗滑稳定性、超载地震作用下拱坝动力反应等.     

强震下拱坝损伤整体判别指标的初步探讨

地震动的强烈不确定性使得高拱坝在满足设计地震烈度要求的前提下必须深入研究超载地震动作用下的抗震裕度。本文通过对考虑横缝的高拱坝在不同强度地震动下响应的分析,得到大坝在逐级增强的地震动作用下,拱冠顺河向位移和输入加速度呈现出分3段变化的规律。由此提出了拱坝整体抗震性能的3个阶段水平。同时,地震动峰值加速度也是一个随机变量,本文考虑了这个随机性,计算了拱坝在考虑某大小地震作用下处于某一功能水平的概率。相比于搜索拱坝在强震作用下具有较强随机性的失效路径的方法而言更有可操作性,本文在解决超静定拱坝在强震下的整体抗震性能评价指标方面提出了有益的参考。     

楼房仓在地震荷载作用下的易损性分析

楼房仓为提高土地利用率和储粮效果起到了重要作用，散装粮食楼房仓是一种具有很好推广价值的储粮仓型。然而由于粮食对楼房仓仓壁的侧压力作用，会对其结构性能提出许多新的要求，因此针对楼房仓的地震性能研究是很有必要的。文章以散装楼房仓为背景，通过ＡＮＳＹＳ建立了一个满仓粮食的三层框架结构。选取地面峰值加速度和结构最大层间位移角作为指标，对楼房仓进行基于增量动力分析法（ＩＤＡ）的地震易损性分析，最后得出易损性曲线。结果表明，在不同地震峰值加速度下，结构会依不同的概率达到相应的性能水准，综合概率曲线分析，满仓粮食下的楼房仓的抗震性能是满足要求的；针对散装楼房仓的ＩＤＡ分析，可给出散装楼房仓地震损伤风险的定量评价结果，具有指导工程应用的意义。     

基于IDA分析的深水高墩连续刚构桥地震损伤评价

为研究深水高墩连续刚构桥的地震易损位置及损伤程度,以某库区深水高墩连续刚构桥为对象,采用塑性铰模型,考虑地震动水效应,建立结构非线性有限元模型。采用频数分析法,选取50条典型强震记录为输入,基于IDA分析,从地震易损性分析的角度去评价深水高墩连续刚构梁桥的抗震性能,对比分析了高水位与无水情况下桥墩和支座的整体易损性曲线、桥墩墩身易损位置及其对应的损伤概率分布情况。结果显示:考虑水体时,桥梁构件损伤概率会显著增大,桥梁主墩的易损位置由墩底附近向墩身上部位置移动;支座处的损伤概率在各相应损伤等级中比桥墩高,且相比于主墩,边墩更容易发生损伤;边墩损伤位置主要集中于墩底附近,而主墩损伤位置位于墩底附近及墩身上部。结果表明,抗震设计时,需重点关注以上边主墩易损伤位置的受力及支座位移情况。