基于概率性地震需求模型的桥梁易损性分析

采用概率性地震需求分析方法,建立了汶川地区典型简支梁桥的分析型地震易损性模型。基于汶川地震桥梁震后调查资料,评估了桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成一系列桥梁的有限元模型样本。利用汶川地震实测地震波对所建立的桥梁有限元模型进行非线性动力时程分析,并记录每一组分析中桥梁构件的地震峰值响应,通过回归分析建立地震动强度和桥梁构件地震需求之间的关系。在确定桥梁不同损伤状态对应的构件极限状态后,基于对数正态分布假设生成不同损伤状态对应的地震易损性曲线,最后基于可靠度理论计算得到桥梁系统易损性的上下确界。生成的地震易损性曲线可以进一步用于地震风险评估和震后加固优先级决策。     

基于概率性地震需求模型的桥梁易损性分析

该文旨在提出一种新的考虑异方差性并具有较高精度的概率性结构地震需求计算方法。针对典型简支梁桥,选取结构基本周期对应的谱加速度作为地震动强度指标,桥墩位移延性系数为工程需求参数,采用多条带分析方法对桥梁有限元模型进行非线性动力时程分析,并建立其地震需求样本集。基于高斯过程回归方法,分别建立单输出和多输出两种情况下的概率性地震需求模型,并将拟合结果与传统基于线性回归的地震需求模型进行对比分析。对概率性地震需求模型作进一步应用拓展,在定义墩柱不同损伤状态极限值的基础上,基于前述两种需求模型建立了桥梁的地震易损性模型。研究结果表明：基于高斯过程的概率性地震需求模型能够较精确地反映不同地震动强度下地震需求的概率特征,较好地刻画了对数空间下地震需求的异方差性;由两种模型生成的桥梁构件和系统易损性曲线存在一定差异,而采用基于高斯过程的地震需求模型能够对桥梁的抗震性能进行更合理而精确的概率性评估。     

基于BOX-COX变换的桥梁结构地震易损性分析

云图法作为理论易损性曲线计算的主要方法之一,其为简化计算所作的线性、正态性和同方差性假设很多时候与实际存在偏差.为此,引入BOX-COX变换,并结合蒙特卡洛抽样,提出了一种既不需增加非线性时程分析次数,又不受云图法三个基本假设限制的易损性分析方法.并以一座预应力混凝土三跨连续梁桥为例,分别以决定系数、核密度估计曲线以及...     

考虑氯离子侵蚀的高墩桥梁时变地震易损性分析

以一高墩大跨连续刚构桥为例,基于OpenSees 程序建立其非线性分析模型。考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径和屈服强度退化,根据截面非线性分析结果探讨了氯离子侵蚀效应对高墩抗震能力的影响。通过单条地震波的非线性时程地震响应,定性地研究了氯离子侵蚀效应对桥梁地震需求的影响。然后输入15 条地震波进行多次增量动力分析,采用对构件能力需求比(Demand/Capacity)进行对数回归分析的方法形成了桥梁的时变地震易损性曲线,对高墩桥梁的时变抗震性能进行评估。分析结果表明:氯离子侵蚀效应会导致高墩屈服弯矩下降,而延性能力略有提高;考虑纵筋锈蚀以后,高墩的位移需求和曲率需求则会显著增加;在桥梁全寿命设计基准期内,结构在不同损伤状态的地震易损性随桥梁服役时间增加而增大。     

基于Copula函数的桥梁系统地震易损性方法研究

桥梁系统地震易损性分析的关键是建立桥墩、支座等多个构件的联合概率分布函数。然而,由于构件地震需求之间的相关性,直接建立构件之间的联合概率分布函数较为困难。为此,引入Copula函数方法,将构件地震需求之间的相关性和各构件的边缘概率分布函数进行分离,从而简化了联合分布函数的建模过程。在桥墩、支座地震易损性的基础上,基于Copula联合概率分布函数,建立了桥梁系统的易损性曲线,并将其和一阶界限法及Monte Carlo方法的分析结果进行对比。结果表明：基于Copula函数得到的桥梁系统易损性在整个地震动强度范围内均位于一阶界限法的上、下界之间;和Monte Carlo方法相比,Copula函数方法不仅考虑了构件地震需求之间的非线性相关关系,而且避免了大量的数值抽样,使计算效率显著提高。     

串联隔震结构体系的地震易损性分析

根据串联隔震建筑结构体系的地震可靠度特征,推导了串联隔震结构体系的地震可靠度计算公式,并根据隔震结构的上部结构、隔震层、下部结构的概率地震需求模型,提出了串联隔震结构的地震易损性计算方法。最后,以某典型高层框架-核心筒基础隔震结构为算例,建立了高层隔震结构的有限元模型并进行地震动响应分析,利用已提出的方法对该隔震结构的地震破坏概率进行分析,获得了高层隔震结构整体处于严重破坏状态时的地震易损性曲线,结果表明隔震层的破坏是影响高层隔震结构体系整体地震可靠度的关键因素。     

斜拉桥系统地震易损性评估的Pair Copula技术

大跨度斜拉桥作为高次超静定结构,通常包含主塔、斜拉索、主梁、辅助墩及连接墩等较多构件,由于地震作用下各构件相互影响,准确模拟构件地震响应之间的相关性对斜拉桥整体系统的易损性评估十分关键。因Pair Copula能较好地模拟构件两两之间的相关性,理论上可将Pair Copula分层迭代模拟斜拉桥整体系统,进而提出基于Pair Copula迭代模型的斜拉桥系统地震易损性评估方法。基于结构不确定性参数及地震动不确定性,采用拉丁超立方抽样技术建立桥梁-地震动概率地震响应分析样本;通过非线性动力时程及相关性分析,量化构件地震响应之间的相关性;采用极大似然估计拟合Pair Copula模型,基于AIC及BIC准则对其进行优选;通过Pair Copula分层迭代,建立斜拉桥整体模型并对其进行地震易损性评估。工程实例表明,基于Pair Copula分层迭代技术能准确模拟多构件之间的相关性,假定构件地震响应完全不相关,会显著高估斜拉桥整体系统的地震易损性。     

桥梁系统地震易损性分析的混合Copula函数方法

为了在桥梁系统易损性分析中考虑构件地震需求之间相关性的影响,采用贝叶斯加权平均方法构造混合Copula函数,将构件地震需求之间的相关结构和各构件的边缘分布函数进行分离;结合增量动力分析,建立了桥墩、支座等单个构件的易损性曲线及联合分布函数,提出了考虑构件地震需求相关性的桥梁系统易损性分析方法。结果表明：混合Copula函数能够准确描述构件地震需求间上、下尾相关并存的非对称相关结构,简化构件地震需求联合分布函数的建模过程;与Monte Carlo抽样方法相比,二者得到的桥梁系统易损性吻合良好,且混合Copula函数方法避免了大量的数值抽样,显著提高系统易损性分析的计算效率。     

供热管道地震易损性分析

为了研究供热管道的地震易损性,采用有限元分析方法,建立了典型供热管道分析模型,选取典型地震波作为输入,通过数值模拟手段,对供热管道在地震作用下的应力反应进行了计算分析。基于三态破坏准则对单体管道地震破坏概率进行了分析,给出了供热管道不同地震烈度下的破坏概率。根据管道破坏服从泊松分布的基本假定,对不同烈度下一定长度供热管道地震破坏处数进行了估计,同时与历史地震中管道震害经验统计结果进行了对比分析,初步评述了供热管道的抗震性能。     

桥梁结构地震易损性研究进展述评

随着基于性能的地震工程全概率决策框架的提出,要求从概率的角度对桥梁结构的抗震性能进行评估,结合结构地震响应分析和结构损伤分析的地震易损性分析受到广泛关注。为了促进国内桥梁结构地震易损性研究的发展,首先回顾了易损性研究的历史阶段与发展过程,评述了国内外桥梁结构地震易损性的研究现状;在此基础上介绍了地震易损性分析的基本原理和研究方法：分别从经验型、理论型以及经验-理论相结合的角度详细介绍了常用的易损性分析方法和一般过程,指出了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性;最后,对桥梁结构地震易损性的应用前景和发展方向进行了展望。总结既有研究成果表明,环境因素、地震动、场地条件以及桥梁自身参数等的不确定性问题,地震动强度参数和结构能力指标的合理选择问题,各主要构件之间的相关性及其对桥梁结构整体抗震性能的贡献问题等都是桥梁结构地震易损性研究领域的重要内容。此外,对于更为复杂的情况,包括液化或特殊场地以及特殊大跨度桥梁等的研究,都将对桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

基于性能的桥梁结构概率地震需求分析

该研究以概率地震需求分析为基础,建立了某特大桥梁结构无阻尼器和有阻尼器动力非线性模型,用增量动力分析,得到支座最大相对位移的地震响应,并定义了两个性能水准。给出了结构的易损性曲线,并对两个结构的易损性曲线进行了比较,结合地震危险性曲线,得到结构在50 年内的地震需求危险性曲线。研究结果表明:不加阻尼器时50 年内发生碰撞的超越概率接近极限超越概率,加阻尼器后能很好的满足性能水准要求;在小震中阻尼器对结构的抗震性能提高不是很明显,而在大震中能够对结构的抗震性能提高很多。     

基于Nataf变换的桥梁结构地震易损性分析

地震易损性分析是美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的“性能化地震工程”理论框架的重要一环. 目前所采用的易损性分析方法大多未考虑结构的不确定性及结构随机参数之间的相关性. 为此, 引入均匀设计考虑结构参数的随机性, 同时结合Nataf变换, 处理结构随机参数之间的相关性. 提出一种综合考虑地震动随机性、结构参数随机性及结构随机参数相关性的桥梁结构地震易损性分析方法. 以一座三跨连续梁为例, 分别在考虑结构随机参数相关性和不考虑结构参数相关性的前提下计算其地震易损性. 分析结果表明：提出的方法能够有效考虑结构随机参数相关性;忽视结构随机参数相关性会导致高估桥梁结构地震易损性.     

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.     

大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。     

基于性能的高层混合结构地震易损性分析

研究地震作用下高层钢框架-混凝土核心筒结构的易损性问题。通过基于性能的静力弹塑性分析,根据结构极限损伤状态定义了混合结构地震需求参数的四个性能水平限值。考虑地震动输入的不确定性,通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应,建立了两个地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,结合性能水平限值提出能有效评估结构地震响应的易损性分析方法。最后对两个不同节点连接方式的高层混合结构进行了基于性能水平限值的地震易损性分析,绘制结构的地震易损性曲线,对结构抗震性能进行评估和对比分析。     

基于云图-条带法的概率地震需求分析与地震易损性分析

提出一种概率地震需求分析的云图-条带法。该方法通过引入经验地震易损性分析中的数据处理方法,解决传统云图法无法处理海量非线性时程分析结果的局限。为说明该文提出方法,选取100条地震动作为输入,针对23个钢筋混凝土框架结构进行了云图法分析。基于所有结构的云图结果,采用云图-条带法建立了群体结构的概率地震需求模型,并计算得到了群体结构的地震易损性。研究表明:云图-条带法可以有效地处理海量非线性时程分析结果,建立较为合理的概率地震需求模型。在输入地震动的强度范围内,群体结构整体发生严重破坏和完全破坏的概率很低,而主要以发生轻微破坏和中等破坏为主。     

铁路桥梁在地震作用下考虑行车安全的可靠度问题

本文提出了地震作用下列车正常行驶极限状态的概念,研究与之相应的最优可靠度问题。为了求出设计基准期内与最小总费用对应的可靠度(最优可靠度),提出了一种简化方法,优化时采用了遗传算法和枚举法;用更新过程来描述损伤-修复过程,损伤指标用构件塑性铰处的最大曲率和极限曲率的比表示;以脱轨系数为依据判断列车能否正常行驶,采用响应面法求解失效概率。通过一算例求出了最优失效概率和相应的设计。     

基于性能的重力坝-地基系统地震易损性分析

地震易损性分析是地震风险研究中的三个(地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估)主要方面之一,可以预测大坝-地基系统在不同等级地震荷载作用下发生各级破损的概率。采用拉丁超立方抽样法得到抽样组合样本,对重力坝-地基系统进行了非线性有限元计算,根据坝体-地基系统地震破损等级指标,给出了坝体破损、坝基交界面屈服和地震滑动的地震易损性曲线,提出了坝体-坝基系统整体的易损性评价方法,对坝体-地基系统的抗震设计、加固和维修决策提供了一个新的评价方法。     

第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析

第二代基于性能地震工程理论中的地震易损性主要是指结构构件以及非结构构件的抗震能力,与传统地震风险理论中的地震易损性定义和内涵并不相同。为了澄清二者的不一致性,首先介绍传统地震风险理论中地震易损性的定义和概率模型,然后指出第二代基于性能地震工程理论存在五个层次的地震易损性模型：地震需求易损性模型、抗震能力易损性模型、地震损伤易损性模型、地震损失易损性模型和抗震决策易损性模型,指出了这五种模型的区别及其相互关系,推导得到了地震需求易损性模型和地震损伤易损性模型分布参数的解析表达式。在此基础上,根据不同的不确定性传递路径,提出了正向PBEE和逆向PBEE的概念,以通过不同方式求解第二代基于性能地震工程理论的风险积分公式。基于地震危险性函数的近似表达式以及地震易损性模型及其分布参数的解析表达式,通过正向PBEE和逆向PBEE方法,分别得到了具有相同表达形式的工程需求参数EDP、地震损伤DM和决策变量DV三个层次的概率地震风险表达式。通过该文的研究,将传统地震风险分析理论与第二代基于性能地震工程理论统一在一致的理论框架之中。