多维性能极限状态随机性及相关性研究

同时考虑性能极限状态随机性及相关性,提出结构系统多维易损性评估方法。开展增量动力分析获取极限状态阈值样本,构造多维性能极限状态方程,创新地提出二维性能极限状态带确定结构失效域,借助区间估计确定某一置信水平下极限状态带上、下界,利用相关系数定量描述极限状态相关程度。开展非线性动力时程分析获取需求参数,建立结构多维概率地震需求模型,以桥梁系统为例计算多维易损性置信区间,开展易损性敏感性分析。结果表明性能极限状态带可较好解决极限状态随机性问题,多维易损性区间长度随极限状态带置信度的下降而变窄;随着极限状态相关系数的增加,极限状态相关性变弱,易损性评估结果偏小,产生非保守估计,不利于结构风险控制。     

基于多维性能极限状态的概率地震需求分析

基于概率地震需求分析(PSDA),分别采用增量动力和非线性时程分析,得到某框架结构的最大层间漂移比和最大加速度响应,通过定义多维性能极限状态的性能水准,计算该结构的多维地震易损性,联合地震动危险性曲线,建立了年平均超越概率的三重积分公式,采用梯形法求得50年内地震需求(漂移)危险性曲线。在此基础上,进行了同时考虑性能极限状态的随机性和相关性对结构需求危险性的敏感性分析。在性能极限状态不确定性中选择适当的变异系数(cidrcpfa)及相互作用因子NID R,能够使年平均超越概率增加;相比单一极限状态,考虑二维极限状态的年平均超越概率也将提高。研究结果表明,所提方法可描述对多维响应参数敏感的结构破坏行为,可获得设计基准期内更加符合实际的结构需求危险性曲线,为震后损失估计提供可靠的理论依据。     

基于楼层响应-损失函数的建筑物地震损失评估研究

为简化传统基于性能的地震损失评估流程,提出基于楼层响应-损失函数的建筑物地震损失评估方法。该方法考虑结构地震响应参数的随机性,通过增量动力分析得到在给定地震强度水平下,楼层响应的分布函数;由经验数据得到的构件响应易损性函数和损失函数建立楼层响应-损失函数,省略损伤分析且以楼层而非构件为计算单位来简化损失评估过程;将前述楼层响应的分布函数与楼层响应-损失函数结合,不需要划分结构性能水平而建立建筑物地震强度-经济损失曲线。数值算例证明,该方法作为建筑物抗震性能量化方法是可行和合理的。     

基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别

针对经验模态分解存在模态混叠现象,提出基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别方法。该方法利用傅里叶变换得到结构加速度响应频响函数,粗略估计固有频率范围,通过半功率带宽法设计理想带通滤波器,定量化确定通带带宽,使信号在经过滤波器后频域内零相移,同时不改变其幅值谱。结构响应通过指定频带的理想带通滤波器产生若干窄带信号,利用经验模态分解获取结构模态响应,经Hilbert变换构造模态响应解析信号,并通过线性最小二乘拟合提取结构模态参数与物理参数。结果表明:半功率带宽法可实现带通滤波器频带的定量化设计,理想带通滤波器的零相移特点较好契合Hilbert-Huang变换用于系统识别的要求,两者结合可有效地解决模态混叠现象,减少虚假模态,大大提高结构系统识别精度。     

桥梁系统地震多维易损性分析

综合考虑地震地面运动以及性能极限状态的不确定性,提出了基于多地震需求参数分析的桥梁系统易损性评估方法,将易损性概念从一维扩展到多维。该方法首次提出服从多元对数正态分布的概率地震需求模型探讨桥梁体系各构件响应相关性,同时考虑各构件性能极限状态的相关性建立多维性能极限状态方程,确定结构失效域,通过MonteCarlo模拟计算系统多维地震易损性。以某一钢筋混凝土多跨连续梁高速公路桥为算例,通过非线性动力分析法获得最大响应样本,利用最大似然估计求得概率地震需求模型未知参数,计算体系多维易损性,并与构件易损性相比较。结果表明:桥梁体系多维易损性较构件易损性偏大,可避免用单一构件易损性代替系统易损性产生的非保守估计,预测结果更利于工程安全,为桥梁修复加固和交通系统可靠性分析提供理论依据。     

基于响应面法的桥梁地震易损性分析研究

文章考虑地震地面运动和结构本身的物理不确定性,以中心复合设计法建立地震动-桥梁结构试验样本对,对系统样本模型进行非线性时程分析,通过数值方法建立以柱端转角延性为输出的响应面模型,在此基础上采用蒙特卡罗模拟获得结构的易损性曲线。算例表明,所建立的高精度响应面模型可以替代需要进行复杂非线性计算的结构模型,且计算量少、结果可靠,有效地提高了易损性分析作为一种震害评估手段的时效性和前瞻性,具有实际工程应用价值。