基于全概率PBEE方法的RC框架结构地震损失分析

结构损伤机制的选择、评价、设计与控制是建筑结构抗震设计面临的热点与难点。定量评价建筑结构地震损失不仅是结构损伤机制选择与评价的重要环节,也是抗震防灾决策的重要依据。以全概率PBEE方法（PEER-PBEE Methodology）为基础,给出了地震损失计算方法和流程,结合工程实际确定了地震损失评估所需考虑的地震动强度范围,归纳总结了RC框架结构各类构件的易损性函数和损失函数。定量评价了按现行规范设计的不同抗震设防烈度的典型多层RC框架结构的地震损失,分析了设防烈度、倒塌风险、构件类别等因素的影响。研究结果表明,该评估方法可为抗震防灾决策提供参考。根据算例分析结果对不同烈度区的建筑结构地震损失控制提出了有关建议。     

强地面运动持时对钢筋混凝土桥墩地震需求的影响

在基于性能的地震工程学(PBEE)中,概率地震需求模型(PSDM)是一个重要部分,它需要对地震需求参数(EDP)进行概率估计.强地面运动的变异性对EDP的概率估计影响最大,作为强地面运动三要素之一的持时对结构破坏的影响已引起广泛关注.为了将持时与幅值、频谱的影响进行解耦,采用实际地震波和匹配同一反应谱的人工波,并进行合理的调值,对一座钢筋混凝土桥墩分别进行非线性动力时程分析.对比强地面运动持时和不同需求参数的相关性表明:持时对位移需求参数和延性需求参数影响甚微,但对表征能量的需求参数和累积破坏参数影响显著.同时,说明在选择结构第一模态周期谱加速度和合理的能量需求参数分别作为地面运动强度参数(IM)和EDP建立PSDM时,如何考虑持时的影响.     

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。     

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。     

复合材料结构冲击损伤检出概率的试验研究与分析

复合材料结构在服役过程中遇到的损伤主要来自于意外冲击,会产生永久性的凹坑.为了得到凹坑的检出概率,采用最大似然估算法对一般目视检测(GVI)和详细目视检测(DET)的两种损伤检出概率模型(POD评估模型,即累积对数正态模型和对数奇函数模型)中的参数进行评估；开展详细目视检测的试验研究,并根据检测数据对POD模型进行了验证.结果表明:凹坑深度的检出概率曲线更符合累积对数正态模型.绿色板的凹坑比黑色板更容易被检出,且检测角越大越容易被检出.目视勉强可见损伤(BVID)的门槛值在0.35～0.8mm之间.     

复合材料结构冲击损伤检出概率的试验研究与分析

复合材料结构在服役过程中遇到的损伤主要来自于意外冲击, 会产生永久性的凹坑。为了得到凹坑的检出概率, 采用最大似然估算法对一般目视检测(GVI)和详细目视检测(DET)的两种损伤检出概率模型(POD评估模型, 即累积对数正态模型和对数奇函数模型)中的参数进行评估; 开展详细目视检测的试验研究, 并根据检测数据对POD模型进行了验证。结果表明: 凹坑深度的检出概率曲线更符合累积对数正态模型。绿色板的凹坑比黑色板更容易被检出, 且检测角越大越容易被检出。目视勉强可见损伤(BVID)的门槛值在0.35~0.8 mm之间。     

框架结构地震反应分析的有限元模型

本文提出一种用于框架结构地震反应分析的有限元模型。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基中通过设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构一地基的相互作用。文中算例表明上述框架结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应，可进一步用于地震时结构几何与非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

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。     

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。     

结构随机延性需求谱的理论研究

引入结构屈服水平系数,建立了结构的延性需求谱,使地震动的幅值特性和频谱特性可以分开考虑.利用双线性单自由度体系的时程反应分析结果,对延性需求系数的条件分布类型进行了假设检验,通过回归得到了Ⅰ类和Ⅱ类场地上延性系数的条件均值和条件标准差的拟合公式.在此基础上,提出了延性系数的统计参数的计算方法,建立了随机的延性需求谱,进而可获得随机的弹塑性位移反应谱.     

HAZUS相容的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

HAZUS作为一款多灾害损失评估软件,在世界范围内得到了广泛应用。确定结构的地震易损性函数是HAZUS软件进行地震损失评估的关键。然而,现有的传统地震易损性分析结果无法满足HAZUS的格式要求。为此,该文提出一种与HAZUS相容的地震易损性分析的简化方法,该方法直接利用传统的地震易损性分析结果,通过能力谱方法确定地震动记录的谱位移作为其参数,转化得到满足HAZUS格式要求的地震易损性结果。为说明该文提出的方法,选择4个不同高度的钢筋混凝土框架结构作为算例,并将该文方法的分析结果与HAZUS软件提供的地震易损性曲线进行对比。结果表明:由于分析方法和分析对象的不同,HAZUS相容的地震易损性结果与HAZUS软件所提供的地震易损性结果之间存在较为明显的差异。     

结构随机延性需求谱的应用研究

结构的地震反应危险性曲线体现了结构的地震反应与地震动强度之间的关系,采用随机延性需求谱可以很方便地建立结构的地震反应危险性曲线。非线性结构在随机地震作用下的位移反应分析属于非线性随机振动问题,采用随机延性需求谱可以简单而有效的获得非弹性单自由度体系的随机位移反应的统计量,结合非线性静力分析,还可以进行多自由度结构的随机地震反应分析。此外,随机延性需求谱还可以用于结构的抗震可靠度分析。     

基于抗规和隔规的RC框架隔震结构设计对比

未来我国隔震设计将存在两个依据,包括抗规（《建筑抗震设计规范》）和隔规（《建筑隔震设计标准》）,两种规范的设计方法和关键设计指标存在显著差别,而关于两种规范的设计对比研究还相对较少。该文以RC框架隔震结构为基本研究对象,基于两种规范设计了具有不同结构高度的3组6个案例,明确了基于隔规设计的控制因素,对比分析了基于两种规范设计的结构的地震响应和经济性差别。该文研究结果表明基于隔规设计的控制因素为底部剪力比。相比于抗规,基于隔规设计时上部结构可采用更柔的设计方案,上部结构地震作用存在15%~20%左右的降低,但由于上部结构刚度降低程度大于地震作用降低程度,导致上部结构最大层间位移角增大。随着结构高度的增加,最大层间位移角增大程度显著增加。在材料用量方面,基于隔规设计时混凝土用量存在7.7%~12.1%的减小,钢筋用量则存在11.02%~26.29%的增加;随着结构高度的增加,混凝土用量减少程度逐渐增大,而钢筋用量增大程度逐渐减小。该文的研究成果可为RC框架隔震结构的设计提供重要参考。     

桥梁地震需求中随机参数的重要性分析方法研究

桥梁结构的地震需求不仅受地震动随机性的影响,而且受结构中随机参数的影响。为了分析各随机参数对结构地震需求的影响水平,提出采用重要性分析方法对各随机参数进行重要性排序。以常见的简支梁桥及连续梁桥为例,基于结构的非线性动力时程分析,分别采用Monte-Carlo数值模拟方法及核密度估计方法计算得到各随机参数基于方差的重要性测度指标及矩独立重要性测度指标。结果表明,对于中小跨径梁桥,针对桥墩、桥台及支座等不同构件的地震需求,随机参数的重要性排序并不完全相同,但是支座剪切模量、上部结构质量及阻尼比等参数对各构件地震需求的影响水平均排在前列;和Tornado图形法等局部敏感性分析方法相比,重要性分析方法在研究某个参数的重要性时能够考虑其他随机参数的影响,其应用更加合理。     

地震作用设计参数调整对框架结构抗震设计及安全性的影响

汶川、芦山等大地震震害经验表明：地震中建筑遭受的实际烈度经常远高于规范规定的设防烈度,这导致建筑结构在地震中受到非常严重的破坏。虽然随着规范的改进和新的设防区划图的提出,我国建筑抗震的安全水准在不断提升,但是很多专家仍认为目前建筑结构的抗震安全储备偏低。因此,确定合理的地震作用对保证建筑结构的抗震安全性有重要意义。该文以基于2010版《建筑抗震设计规范》设计的一系列钢筋混凝土框架结构为研究对象,通过调整地震动力放大系数、地震作用和荷载分项系数等参数的取值,对框架进行重设计,并对框架结构进行倒塌分析,研究地震作用设计参数调整对框架结构的设计控制指标、地震力、材料用量和抗震安全性造成的影响。研究结果表明：调整措施将使底层柱轴压比增大约8%;楼板和框架梁的钢筋用量提高约6%;对初始破坏始于底层的倒塌模式,调整措施能明显提高结构的抗震安全性,但随着设防烈度提高,地震下抗倒塌能力的提高程度略有降低。     

尼泊尔8.1级地震钢筋混凝土框架典型震害及讨论

尼泊尔8.1级地震发生2个月后,该文作者随队开展了为期半个月的尼泊尔地震震害调查。该文报道了尼泊尔8.1级地震中3个调查点的钢筋混凝土（RC）框架结构震害特点。调查表明,除少数医院、政府办公楼、学校建筑为正规抗震设计建造外,大部分RC框架结构为自建民居、商铺。被调查RC框架结构的梁、板、柱均采用现浇混凝土,填充墙均采用粘土砖砌筑。震害主要表现为底层或临街楼层（街道高于底层时）框架柱压弯破坏,填充墙倒塌,柱顶水平施工缝处破坏,部分紧邻填充墙的柱顶部剪切破坏,屋顶女儿墙震损掉落,少数结构发生整体垮塌。该文作者对某一典型区域的框架结构进行了详查,得到6个震损结构的尺寸、材料强度和破坏模式,分析表明,具有较小柱轴压比,较大刚重比的结构具有较好的抗倒塌能力。最后,针对尼泊尔RC框架的震害特点,对比我国相关规范规程和以往震害经验,探讨了防止填充墙相邻柱端剪切破坏的措施、防止施工缝对柱的削弱、非结构构件抗震构造措施的必要性,以及震后建筑安全性鉴定的注意事项。