核电厂预应力混凝土安全壳结构抗震裕度评估

为了探究不同强度地震作用下核安全壳结构发生开裂的失效概率,评估结构抗震裕度,对其进行静力弹塑性分析,确定发生开裂破坏时的顶点水平位移损伤指标.选取15条地震动记录对结构进行增量动力分析,对结果进行线性回归分析,得到结构地震概率需求模型及地震易损性曲线.利用对数正态地震易损性分析模型进行结构抗震裕度分析,确定了结构高置信度低失效概率值为0. 254g,该值为安全停堆地震水平的1. 27倍.结果表明,核安全壳结构具有良好的抗开裂能力,地震易损性分析可以较好地反应其发生开裂破坏的概率与地震动强度水平之间的关系.     

基于IDA方法的地铁车站结构抗震性能评价

针对目前大型地下结构抗震性能评价尚不完善,提出了一种基于非线性增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)的多层多跨地下结构横断面地震易损性分析的方法.选用典型三层三跨地铁车站建立土-结构二维整体分析有限元模型,采取等效线性化模型模拟土体在地震作用下的剪切模量退化和阻尼增加特性,纤维梁单元模拟多层地下结构在地震作用下的滞回特性.基于PEER强震记录数据库的21条地表地震动峰值加速度中位值,将其统一调幅到不同强度水平,作为非线性IDA的输入地震动.根据IDA结果的统计分析,对于浅埋多层地下结构而言,地表峰值加速度和峰值速度是有效且合适的地震动强度指标,可以用来构建地下结构的易损性曲线.通过与现有的矩形地下结构经验地震易损性曲线和数值地震易损性曲线比较,验证了数值模拟得到的地震易损性曲线的有效性,可以作为快速评价地下结构抗震性能的有效工具.     

双曲线冷却塔在多维地震下的区域易损性评价

为探讨某在役钢筋混凝土冷却塔结构不同部位的地震易损性,通过数值模拟进行分析.应用ABAQUS软件建立分析模型,根据结构所在场地选择一系列合理的地震动记录并对结构进行增量动力分析;选取了材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和强度参数,将结构沿高度方向分为13个区域,并将结构的破坏状态划分为5个等级;在结构底部分别输入单向、水平双向和三向地震作用,对所得结构响应进行回归分析并建立概率地震需求模型,最终得到结构沿高度方向的区域易损性曲线.分析结果表明:上部塔筒的损伤概率较小,人字柱的损伤概率明显大于结构的其他部分;结构底部的人字支柱是结构的最薄弱部位,可根据需要对其进行加固,而塔筒的抗震性能优异.     

正放四角锥平板网架楼盖地震易损性

地震易损性分析能准确评估结构抗震性能,为了提出一种网架结构地震易损性的研究方法,对正放四角锥平板网架结构开展了全荷载域时程分析研究其失效机理、参数敏感性分析研究各参数的影响程度、地震易损性分析评价其抗震性能.分析结果表明:网架结构破坏属于延性破坏,具有明显预兆;结构响应对钢材屈服强度、楼面荷载以及地震动记录的敏感性较大,后续分析中应视为随机性因素考虑;提出了适用于正放四角锥平板网架楼盖的地震损伤程度指标及震害等级划分标准,并给出针对该结构的地震易损性分析方法及步骤;分析发现结构在峰值加速度为0.40g(8度罕遇)时保证完好的概率仍有95%,即使出现0.62g(9度罕遇)强烈地震时,结构保证完好的概率仍能达到79%.正放四角锥平板网架楼盖具有较好的抗震性能,很大程度保证了结构的地震安全.     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

地震作用下高桩码头安全性评价

为了研究高桩码头在使用过程中遭受地震灾害的影响,结合工程实际,基于数值模拟分析技术,采用瞬态动力学时程分析法对地震下高桩码头上部结构裂纹扩展情况进行分析。提出基于裂纹扩展深度和裂纹分布范围两个指标的高桩码头地震灾害下上部结构4级安全性评价方法,并通过不同地震等级下裂纹扩展分析进行验证。结果表明:不同地震等级下采用4级安全评价方法对高桩码头进行安全评估是合理可行的。可以为不同地震等级下码头的受损进行评估,为提前预测地震灾害对码头的损伤程度,改进设计提供科学依据。     

基于增量动力分析的隧洞结构抗震性能评估

近年来随着地震灾害的频繁发生,强震区的地下结构屡屡遭受破坏。长大隧洞作为中国实施西部大开发战略的重要基础工程,其抗震安全问题尤为突出。通过引入增量动力分析（IDA）,结合地震易损性分析方法,提出基于损伤系数指标的隧洞结构抗震性能评估方法。该方法以震后衬砌结构特征部位的损伤系数为性能参数,以地震峰值加速度为强度参数,并建议了适用于隧洞结构抗震安全评价的5级震害划分标准和4级抗震性能水平。针对某隧道工程实例,通过大量非线性动力时程计算,得到了各抗震性能水平下衬砌结构特征部位的地震易损性曲线,进而分析了不同抗震设防水准下衬砌结构发生破坏的概率。结果表明：在8度多遇地震作用下,衬砌结构基本无破坏;在8度设防地震作用下,拱腰处于基本完好状态的概率为87.6%,处于轻微破坏状态的概率为10.72%;在8度罕遇地震作用下,拱腰处于轻微破坏状态的概率为68.7%,处于中等破坏状态的概率为20.8%。在横向和竖向地震动输入下,衬砌结构特征部位的抗震性能由小到大依次为拱腰、拱肩、拱脚、顶拱和仰拱,拱腰、拱肩和拱脚为抗震设计的薄弱部位。该方法较好地考虑了地震动的随机性,可为隧洞结构抗震安全评价提供一种有效思路,研究成果也能为隧洞结构的抗震减震设计提供参考。     

衔接GMPE的城市燃气管网连通易损性分析

为合理评估城市燃气管网在不同地震动强度下的连通性,以地震动预测方程(GMPE)为输入依据,通过蒙特卡罗模拟方法给出了考虑地震动不确定性的城市燃气管网连通易损性计算方法.首先,在某设定震级下,基于地震动预测方程(GMPE)确定燃气管网各点的输入地震动强度指标(峰值加速度P_(ga)和峰值速度P_(gv)),同时采用正态分布抽样来模拟随机误差变量的分布以体现不确定性.然后,利用蒙特卡罗模拟方法确定燃气管网系统各单元失效概率,再通过震后的管网中未通气的节点数量比例来定义连通性的损失指标.最后,计算得到多个设定震级下损失指标的超越概率和连通易损性曲线.本研究基于该流程以中国华北某城市燃气管网作为实例进行连通易损性分析,同时针对地震动预测方程中不确定性的影响进行了对比研究.计算结果表明,该市燃气管网在考虑地震动不确定性时的震后各个破坏状态对应的震级均值比不考虑时小接近0.5级,且在不同震级下连通性能超过某破坏状态的概率也偏大.本研究所建议的连通易损性分析流程可以为城市评估整体燃气管网的概率地震风险提供参考,同时较好考虑了地震动的区域差异性和不确定性.     

CFG桩复合地基力学性能的有限元分析

CFG桩复合地基为高粘结强度桩基形成的复合地基,随着CFG桩复合地基设计理论研究的不断成熟,该基础形式在全国范围内已经广泛应用.本文以合肥地区地质条件为基础,采用有限元分析软件ABAQUS对某工程的CFG桩复合地基的筏板——桩——土模型进行数值模拟计算,研究了实际工程中基础沉降、桩土应力和沉降变化,得出以下结论：（1）本文通过数值分析数据证实了软件模拟的合理性并说明了褥垫层在CFG桩复合地基中发挥的作用;（2）通过数值分析中得到的桩土荷载分担比值计算出单桩承载力的利用率为74％,在此基础上提出优化设计方法.     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

考虑固结影响的桩筏-地基共同作用弹塑性分析

为深入探讨桩筏基础的工作机理及其与地基的共同作用效应,应用Biot固结理论与有限元法,对于地基土采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性模型,对桩筏基础与地基共同作用问题进行了弹塑性耦合固结有限元数值分析.计算表明地基固结作用对桩筏基础-地基共同作用体系的受力变形特性具有显著的影响,桩筏基础的受力变形特性的时间变化特征依赖于下卧土层中超孔隙水压力的变化特征和桩基长度等基础特性,并随着时间的发展而最终达到稳定状态.因此,在桩筏基础上结构的工程设计中应合理地考虑地基固结效应.     

可液化土中劲芯复合桩的地震响应特征

劲芯复合桩是将预制混凝土管桩插入水泥土桩中复合而成的新型桩基。通过振动台模型试验及有限差分程序FLAC3D数值模拟分析,研究可液化地基中劲芯复合桩的地震响应。利用模型试验结果验证数值模型的准确性和可靠性,进而通过参数分析讨论水泥土桩桩径、桩长、剪切模量等因素对可液化土—复合桩—上部结构地震响应的影响规律,定量评价水泥土桩加固对场地抗液化性能及桩基弯曲破坏的影响特征。结果表明：增大水泥土桩桩径和桩长可有效提高复合桩的抗震性能;增大水泥土剪切模量对复合桩抗震性能的提高有限;桩基在桩头附近或水泥土与可液化砂土交界处易产生较大的弯矩响应,该部位应采取必要的抗震构造措施。根据研究结果,提出了可液化地基中劲芯复合桩的抗震设计要点。     

刚性长短桩复合地基桩土应力比试验

通过现场试验研究,对刚性基础与柔性基础下刚性长短桩复合地基桩、土应力及桩土应力比曲线的性状以及桩土应力比随荷载变化的规律及影响因素的作用机制进行了分析.研究表明柔性基础下的复合地基桩土应力比数值比刚性基础下的小,长、短桩桩土应力比差别不如刚性基础突出,反映出基础刚度对复合地基桩土荷载分担特性的影响;刚性基基础下长桩桩土应力比变化比短桩剧烈,其峰值是短桩的3倍左右,且刚性基础下复合地基桩土应力比随荷载变化规律也与柔性基础下的复合地基明显不同.     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

基于耐震时程法的重力坝失效概率密度演化分析

混凝土重力坝在强地震动作用下的响应,对结构的安全评价及损伤破坏模式有着深远的影响。采用耐震时程分析(ETA)法生成耐震时程加速度曲线(ETAs),获取Koyna混凝土重力坝在地震作用下的动力响应,得出结构在不同损伤评价指标下的概率密度演化过程及失效概率时程曲线。建立Koyna混凝土重力坝有限元模型,模拟坝体在ETA时程下(对应均匀增加的峰值加速度)的动力响应及损伤过程;采用塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积及基准损伤体积作为损伤评价指标,基于概率密度演化(PDE)理论,建立其概率密度演化模型,利用概率密度演化法计算不同损伤评价指标下的概率密度曲线随ETA时程的演化过程;选取2个典型破坏状态分别作为中等破坏、严重破坏的评价标准,结合概率密度曲线与失效概率的关系,分析并比较不同损伤评价指标、不同评价标准下的失效概率时程曲线,实现了坝体在不同峰值加速度地震动下的失效概率分析评价。对于以往的研究结果,损伤评价指标服从正态分布只是一种假定,并没有详细的依据,从本文的分析结果可以看出:损伤评价指标的概率密度分布结果只是近似于正态分布的形式,用PDE法得到的损伤评价指标的概率分布结果与正态分布的形式有一定的偏差;基于耐震时程加速度曲线下的概率密度演化过程具有较高的计算效率及精度,与正态分布假定相比具有明显的偏峰,更趋近于真实的概率分布;选取塑性耗散能、损伤耗散能作为损伤评价指标可以更保守地表征坝体在不同地震动强度下的失效概率。     

近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明：近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。     

框架剪力墙基础隔震结构地震易损性分析

基础隔震技术已广泛应用于实际工程中,因此,对这类结构展开易损性分析对深入了解基础隔震结构技术在地震作用下的响应具有重要意义。利用有限元软件SAP2000建立某12层框架剪力墙基础隔震结构,选取13条地震波,将每条地震波按照一定比例进行调幅,得到143个地震动样本空间,对结构进行非线性动力时程分析。通过对所得的损伤数据进行概率统计分析,绘制出基础隔震结构的地震易损性曲线。通过易损性曲线,得到了框架剪力墙基础隔震结构在不同地震作用下的破坏概率和破坏状态,从而对该类结构进行了易损性分析,为该类结构抗震性能评估提供依据。     

透水性混凝土桩减压减震耦合抗震机理研究

透水性混凝土桩兼具散体桩和刚性桩的优点,特别适用于地基抗震。为研究其抗震机理,对地震过程中地基的加速度响应和超静孔隙水压力的长消规律等进行了数值模拟,并与碎石桩、素混凝土桩等的动力行为进行了比较分析。研究发现:透水性混凝土桩复合地基表面加速度放大系数明显小于碎石桩和素混凝土桩复合地基,而且其卓越周期仅为碎石桩和素混凝土桩复合地基的1／2,更有利于抑制上部建筑共振的发生;透水性混凝土桩除具有显著的减震效应外,还具有明显的减压效应,其高透水性使地震引起的超静孔隙水压力能快速消散,抑制了地基液化的发生。透水性混凝土桩的减压减震耦合效应还能有效协调地震期间土体的变形。     

液化场地桩基加速度反应试验与数值模拟

为研究液化场地桥梁桩基加速度反应特性,采用自编的土-结地震相互作用有限元分析程序,输入三种试验记录工况,进行可液化场地桥梁桩基地震反应振动台试验与数值模拟.结果表明:三种地震输入下,自下而上沿桩-柱墩长度方向,加速度峰值放大系数变化基本一致且均出现在10～20s时段内,加速度时程曲线的形状也极其相似;压缩0.15g El Centro波输入下加速度反应在砂土层与黏土层过渡带有增大趋势、在地表则有一定程度减小,且压缩0.15g El Centro波较0.15g El Centro波输入下均偏小,0.15g El Cen-tro波输入下自下而上桩的加速度时程幅值和峰值放大系数的试验值、计算值均一直有较大幅度增大;0.5g El Centro波输入下,加速度时程幅值的计算值和试验值在桩折断位置之下一直增大、至砂土层与黏土层过渡带则大大减小,加速度峰值放大系数的试验值和计算值在砂土层与黏土层过渡带突变增大、而在地表则明显减小,且较0.15g El Centro波输入下桩的峰值放大系数要偏小.     

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockingham π定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波（0.55g）和Sin波（0.4g）工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。