考虑结构与地震动双重不确定性的混凝土框架建筑地震易损性研究

考虑建筑结构与地震动的双重不确定性对地震易损性分析的影响,采用人工合成地震波及拉丁超立方体抽样来考虑地震动与结构的不确定性,形成了300个"结构-地震动"的随机样本,借助于Open SEES有限元平台对混凝土平面框架结构分别进行概率地震需求分析与概率能力分析,绘制混凝土框架建筑物的地震易损性曲线,并分别讨论结构高宽比及轴压比对混凝土框架结构抗震性能的影响。研究表明:地震动与结构的双重不确定性对地震易损性评估的结果影响显著,结构的地震易损性性能受轴压比影响较为明显,所提及的方法对于地震易损性分析具有很好的应用前景。     

近场地震作用下钢框架地震易损性研究

为比较钢框架结构在近场和远场地震作用下的响应规律,建立了6层钢框架结构,对模型在选取的近场和一般场地震动下采用IDA方法进行地震易损性分析,研究表明,近场地震动下钢框架结构更具易损性;地震易损性函数的离散性参数建议采用分析结果统计值。     

预期损伤部位采用FRC框架结构地震易损性分析

将具有优良应变-硬化性能和多细裂缝开展等特性的纤维增强混凝土(FRC)用于RC框架结构预期损伤部位以形成FRC框架结构,并将其划分为5个结构性能水准,确定与之对应的抗震性能目标。以加速度反应谱作为地震动强度指标,层间最大位移角和顶点位移角分别作为工程需求参数,对FRC框架结构和RC框架结构进行增量动力分析(IDA),确定结构需求函数;对FRC框架结构和RC框架结构进行静力推覆分析,确定各性能水准对应的量化指标限值;最后绘制其地震易损性曲线,分析结构对应的超越概率。结果表明:通过比较不同性能水准下FRC框架结构和RC框架结构的超越概率,应选取层间最大位移角作为工程需求参数;FRC框架结构倒塌能力中位值较大、不同性能水准下的超越概率较小,抗震能力较好。     

基于易损性曲线的RC桥墩地震损伤评估

为评估地震作用下钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,基于墩顶水平位移的损伤指标,提出了一种新的基于易损性曲线的地震损伤评估方法.建立非线性有限元分析模型,利用IDA增量动力分析得到损伤指标与PGA之间的对数线性关系,并由此获得了不同地震动强度下RC桥墩的易损性曲线.研究表明:本文所提出的地震损伤评估方法计算简单,能够有效地评估RC桥墩在不同地震动强度下的破坏状态,为震后RC桥墩的安全评估与加固提供了理论依据.     

我国沿海地区RC框架结构地震易损性分析

文章考虑到近海大气的腐蚀环境,在材料层次,通过考虑钢筋应力及弹性模量削弱、混凝土碳化作用、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子等侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于实验数据从构件和框架整体上验证了模拟方法的正确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型,对6层和9层的不同龄期的框架结构,采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,得到了不同腐蚀龄期、层高、设防烈度的易损性曲线。结果表明：同一设防烈度下,腐蚀龄期越长,结构的超越概率越大;同一龄期下,设防烈度越低,结构的超越概率越大。     

基于性能的钢框架结构地震易损性分析

结合我国2010版抗震规范,根据结构极限状态定义结构整体地震需求参数的损伤状态极限限值和性能水平,提出基于性能的有效评估结构抗震性能的易损性分析方法。以一钢框架结构为例,考虑地震动输入的不确定性,基于增量动力分析(IDA)获得结构地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,回归最大层间位移角与地震动峰值加速度的对数函数关系式,得到结构的易损性曲线,由此确定结构在不同地震作用下处于不同性能水平下的失效概率。并与传统的破坏标准的地震易损性分析结果进行比较,结果表明:不同破坏标准下易损性分析结果不同;规范的各种破坏状态偏于保守;在大震作用下,结构倒塌风险小。为钢框架结构抗震设计、地震灾害损失评估和未来地震的损失预测提供参考依据。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

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。     

型钢混凝土异形柱框架地震易损性分析

为了评估型钢混凝土异形柱框架抗震性能,选取三榀不同空间位置、不同型钢配置形式的框架,采用增量时程分析和易损性分析方法,得到三榀框架在高烈度区三种设防水准的地震作用下,保持结构各性态水平界限值的概率。同时对比了PGA和S_a(T_1,ξ)两个地震动强度参数评估该结构的有效性。结果表明:以S_a(T_1,ξ)作为该结构的地震强度参数比PGA更有效;以相同轴压比为条件,型钢混凝土异形柱的空腹式中框架抗震能力最强、实腹式中框架次之、实腹式边框架最弱。在8度区,三榀框架满足我国规范提出的"中震可修、大震不倒"概率较高,但满足"小震不坏"概率较低。而9度区,三榀框架保持满足三设防水准的要求概率均较低。     

不同弯矩增大系数钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

设计3个不同柱端弯矩增大系数的钢筋混凝土框架结构模型,考虑结构材料、荷载及地震动参数的随机性,分别对其进行随机增量动力分析(IDA),以地震峰值加速度(a pg)作为地震动强度指标,结构的顶点最大位移角θmax作为结构的反应参数,得到各结构模型的IDA曲线。在IDA分析的基础上,对各结构模型进行地震需求概率分析,通过定义4个抗震性能水平,对各模型进行随机pushover分析,确定各性能水平的限值,分别对各结构模型进行易损性分析,得出各结构的地震易损性曲线。计算分析结果表明:弯矩增大系数的取值对结构的易损性有一定的影响,其取值越大时,结构在地震作用下倒塌的概率越小;在一定的范围内(0.2g≤a pg≤1.0g),当结构的塑性程度发展越大时,提高弯矩增大系数对结构抗震性能的贡献越明显;建议规范修订时可适当增加柱端弯矩增大系数的取值。     

不同弯矩增大系数钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

设计3个不同柱端弯矩增大系数的钢筋混凝土框架结构模型,考虑结构材料、荷载及地震动参数的随机性,分别对其进行随机增量动力分析（IDA）,以地震峰值加速度（a _pg）作为地震动强度指标,结构的顶点最大位移角θ_max作为结构的反应参数,得到各结构模型的IDA曲线。在IDA分析的基础上,对各结构模型进行地震需求概率分析,通过定义4个抗震性能水平,对各模型进行随机pushover分析,确定各性能水平的限值,分别对各结构模型进行易损性分析,得出各结构的地震易损性曲线。计算分析结果表明：弯矩增大系数的取值对结构的易损性有一定的影响,其取值越大时,结构在地震作用下倒塌的概率越小;在一定的范围内(0.2g≤a _pg≤1.0g),当结构的塑性程度发展越大时,提高弯矩增大系数对结构抗震性能的贡献越明显;建议规范修订时可适当增加柱端弯矩增大系数的取值。     

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。     

基于增量动力分析法的纤维增强复合材料加固混凝土框架结构抗震性能研究

为了研究纤维增强材料(CFRP)加固混凝土(RC)框架结构的关键构件对结构整体抗震性能的影响,提出基于CFRP加固柱极限破坏状态来确定加固结构抗震性能水平限值的方法,定义了CFRP加固RC框架结构的4个极限状态,然后采用增量动力分析(IDA)方法对比分析了RC框架结构加固前后的抗震性能和基于性能的地震易损性。研究发现:RC框架结构在CFRP加固后,结构发生了薄弱层的转移,同时结构会提前出现变形,消耗地震能量,结构的水平承载能力、延性和抗震能力得到了提高。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一,使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量,引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度,基于传统的增量动力分析方法,建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本,对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率,结合群体结构震害评估中的震害指数经验值,得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:近断层向前方向性地震动作用下,依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下,结构仍处于中等破坏水平,表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

基于结构典型失效模式的地震侧向倒塌易损性分析

基于结构系统可靠度理论,提出了一种基于结构典型失效模式的地震侧向倒塌易损性分析方法。该方法通过将结构体系近似假设为串-并联混合体系,从而将确定结构体系的地震倒塌概率这一复杂问题简化为确定不同典型失效模式的发生概率。以一栋5层钢筋混凝土框架结构为例对所提出方法进行了应用研究。研究考虑了屈服失效、极限变形失效和剪切失效3类失效机制,共计选取了7种结构典型失效模式。通过与基于增量动力分析(IDA)方法得到的结构地震倒塌易损性曲线对比发现:随着地震动强度的增加,基于典型失效模式计算得到的地震倒塌易损性曲线一直处于基于IDA方法得到的地震倒塌易损性曲线的上方。这表明该方法计算得到的地震倒塌易损性结果高估了结构在地震作用下发生倒塌的可能性,可将其视为倒塌易损性真实结果的上限值。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

纤维增强混凝土框架-剪力墙结构地震反应及易损性分析

为研究在关键部位采用聚乙烯醇纤维增强混凝土材料的结构的地震反应,利用Perform-3D软件对一栋10层的框架-剪力墙结构进行单向罕遇地震(50年超越概率2%)作用下的非线性动力时程反应分析。结果表明,随着结构地震损伤程度的增加,纤维增强混凝土的优良性能发挥更加充分,对结构的抗震性能改善作用也更加明显;结构基本周期对应的加速度反应谱强度S_a(T_1)能较好地反映结构的损伤程度,适合作为地震动强度衡量指标。依据FEMA P695建议的增量动力分析方法,对22对地震动记录进行标准化处理和调幅,并通过结构地震易损性函数,给出结构在不同强度地震作用下达到"防止倒塌"极限状态的失效概率。对于框架-剪力墙结构,建议可采用墙肢塑性铰转角作为其"防止倒塌"极限状态地震易损性分析的结构反应参数。     

基于IDA方法的悬索桥地震破坏机理分析中地震输入合理选择

以非线性时程分析为基础的IDA方法可作为展现以桥塔为主要目标的悬索桥地震破坏模式研究的有力工具。地震动输入的不确定性是时程分析结果离散性大的决定性因素。因此首先需为以IDA为工具的悬索桥地震破坏模式研究选择恰当的地震动记录以及IM指标。基于地震动记录选波研究现状,明确恰当的选波数量、选波方法及采用的工具和数据库。以悬索桥为对象,根据悬索桥桥塔高阶振动和非线性软化效应的地震响应特点,讨论谱匹配参数设置。以PGMD开放程序为工具,采用两级选波方法在PEER-NGA数据库中选出40条地震动记录,通过对比Sa(T1,5%)和PGA调幅下桥塔地震响应离散性,最终选定18条地震动记录以及PGA为合理的IM指标,并通过悬索桥IDA分析曲线验证选波的合理性。研究详细展示了如何利用现有开放强震数据库,以IDA为工具进行某一特定结构抗震性能研究时,选择合理地震动记录及IM指标的方法及过程,也可为悬索桥地震破坏模式的研究提供基础。     

一致风险谱作用下RC框架结构响应预测及其设计值确定

基于一致风险谱的抗震设计，能够综合考虑地震危险性和结构易损性，使不同地区的结构在地震作用下实现同一目标倒塌风险。为了确定用于抗震设计的具有一致倒塌风险的风险导向地震动参数设计值和最大层间位移角设计值，以巨震和大震一致风险谱为目标谱选取地震动记录；采用比较点法对8层3跨RC框架结构的响应(最大层间位移角)进行了预测；基于优选的地震动记录对结构进行增量动力分析(IDA),采用小样本均值乘以修正系数的方法确定最大层间位移角设计值，并对最大层间位移角设计值与其预测值之间的关系进行了研究；在此基础上，基于IDA结果确定了风险导向谱加速度设计值。研究表明，基于巨震和大震一致风险谱对RC框架结构进行抗震设计，中位值IDA曲线上对应的最大层间位移角设计值分别为0.010和0.007,既满足50年倒塌概率1%的目标倒塌风险，也满足CECS 392:2021《建筑结构抗倒塌设计标准》中对RC框架结构在地震作用下不发生倒塌的层间位移角限值1/50的要求。     

基于IDA的阀厅结构地震易损性分析

尽管近年来大型换流站阀厅结构越建越多,但是对阀厅结构的易损性研究仍十分缺乏。考虑到大型换流站阀厅结构在电力系统中的重要性,对这类结构易损性开展深入地研究是十分必要的。在数值模型正确性得到验证基础上,对阀厅结构开展在不同类型地震动作用下的增量动力分析(IDA),基于增量动力分析结果建立阀厅结构处于不同破坏状态的地震易损性曲线。研究结果表明当地震动峰值加速度小于0.5g时,阀厅结构刚度降幅比较缓慢,而随着峰值加速度增大,其刚度降幅逐渐增快。由地震易损性曲线可知,在罕遇地震作用下阀厅结构处于不同破坏状态的超越概率均小于5%,该阀厅结构抗震设计满足要求并具有较大安全储备。