考虑结构不确定性的地震倒塌易损性分析

传统的地震倒塌易损性分析中通常只考虑地震动不确定性的影响。在结构临近倒塌时,通常处于高度非线性状态,会出现结构不确定性与地震动不确定性的耦合放大现象。针对这一问题,将平均值一次二阶矩方法（MVFOSM）与逐步增量动力分析（IDA）相结合,提出了一种可以考虑结构不确定性的基于MVFOSM的随机IDA方法。以五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,采用基于MVFOSM的随机IDA方法对其进行了地震倒塌易损性分析,并利用“龙卷风图”方法对结构抗地震倒塌能力的灵敏度进行了分析。研究表明：结构不确定性的存在使得结构抗地震倒塌能力的对数标准差增加了70%,因此有必要在地震倒塌易损性分析中考虑结构不确定性的影响。     

基于IDA方法的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

采用SAP2000结构分析软件,选取12条地震动记录,对7个RC框架结构进行基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析。对地震动强度参数PGA和S_a(T_1,5%)的有效性进行了对比,选取离散性小的参数绘制地震易损性曲线,并分析了混凝土强度和轴压比对RC框架结构地震易损性的影响。结果表明:以S_a(T_1,5%)作为地震动强度指标绘制的IDA曲线离散性较小;随着地震动的增强,IDA曲线的斜率逐渐减小,曲线的离散性越来越大。结构很容易超越小震不坏的弹性阶段,并且抗倒塌能力较强。混凝土强度越高,结构在地震作用下越不容易发生破坏;轴压比越大,结构在地震作用下越容易发生破坏。分析结构的地震易损性可以为地震灾害评估提供依据。     

基于IDA方法的后张预应力装配耗能框架地震易损性分析

为了进一步研究后张预应力装配耗能框架(Post-Tensioned Energy Dissipating,PTED框架)的抗震性能,开展了基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析和抗倒塌研究。以直接基于位移设计的四层三跨PTED框架为基本原型,建立了Open SEES非线性分析模型,并选取10条地震动记录对其进行IDA分析。结果表明,不同于普通钢筋混凝土框架的单项损伤指标,PTED结构需考虑最大预应力筋合力和最大层间位移角的双项损伤指标。结合IDA分析结果建立了地震需求模型,得到了结构模型的易损性曲线和抗倒塌概率曲线。PTED框架在设防大震作用下倒塌概率为0.2%,表明其具有较好的抗倒塌能力。     

装配式梁桥概率地震需求分析

装配式梁桥在公路桥梁系统中应用广泛,其概率地震需求分析对实现桥梁基于性能的抗震设计与评估至关重要。采用增量动力分析(IDA)方法,选择阻尼比为5%、与结构基本周期对应的谱加速度作为地震动强度指标,选择墩顶侧移率作为工程需求参数,提出装配式梁桥概率地震需求模型建立方法。利用典型装配式梁桥为计算实例,通过有限元软件OpenSees建立了分析模型。根据场地类型,选取20条地震波进行非线性时程分析,通过调幅得到380个计算工况。利用回归分析建立工程需求参数和地震动强度指标关系,并获得给定地震动强度指标下地震需求易损性。     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立相应的非线性有限元分析模型。为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合增量动力分析获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构抗震性能评价

在基于性能的地震工程理论框架下,地下结构易损性分析及抗震性能评价当中结构损伤状态的划分多采用确定性的损伤状态阈值。基于传统地下结构易损性分析框架基础上进一步提出了考虑损伤界限模糊性的地下结构易损性分析方法,以三层三跨地铁车站结构为例建立二维非线性土–结构相互作用分析模型,选取21条地表天然地震动反演到基岩面并调幅作为非线性增量动力分析的输入地震动,引入三角形和拟正态形隶属度函数计算不同损伤状态下最大层间位移角的隶属度得到不同地震动强度等级下的模糊失效概率,通过极大似然估计方法拟合计算结果并建立考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构易损性曲线。分析结果表明：采用模糊性评价方法所给出的地下结构地震易损性曲线总体上更趋于安全;考虑损伤界限的模糊性,会增加结构地震易损性曲线的离散性;而且隶属度函数类型的选取对模糊地震易损性分析结果影响可忽略不计。     

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。     

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。     

基于增量动力分析法的大跨度空间管桁架结构地震易损性分析

增量动力分析法(IDA)是对结构进行抗震评估的一种有效方法。采用挠跨比作为结构性能参数、地面峰值加速度作为地震动强度参数,选取10条地震波,以某实际大跨度空间管桁架结构为研究对象,对其进行增量动力分析。同时,从概率分析的角度,得出结构地震易损性曲线。结果表明:该结构在8度三水准地震作用下达到三种极限状态的概率较小;该结构在8度罕遇地震作用下倒塌概率仅为0.93%,承载能力较高,但延性较低;增量动力分析方法和地震易损性分析相结合可以有效地评估大跨度空间管桁架结构的抗震能力。     

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。     

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。     

基于增量动力分析的既有高层剪力墙结构地震易损性研究

本文基于增量动力分析(IDA)方法,对某既有高层剪力墙住宅的抗震性能进行了研究.通过IDA分析,得到了结构在不同地震动强度下的最大层间位移角分布,通过该结构五个性能水准/极限状态下的位移角限值,得到了结构各极限状态的超越概率曲线和结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下达到各极限状态的地震易损性矩阵.结合地震危险性分析,对结构达到各极限状态的损伤风险进行了评估.结果表明,本结构可满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标,抗震性能良好;基于IDA方法对结构进行地震易损性分析,可给出既有高层建筑结构地震损伤风险的定量评价结果,是既有高层建筑结构抗震性能评估的有效手段.     

考虑结构不确定性的多层框架结构地震易损性分析

文中选取常见的六层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,考虑地震动与结构模型的双重不确定性,基于拉丁超立方抽样和正交设计相结合的试验方法针对结构模型建立了27个结构样本,应用OpenSees分别对每个样本开展增量动力分析,分别计算出每个样本在27条地震动的12次调幅作用下的各算例所对应的最大层间位移角。并对最大层间位移角与峰值加速度结果进行回归分析。以结构最大层间位移角作为损伤指标得到结构地震易损性曲线,并对比分析了地震动记录条数与模型不确定性对结构地震易损性的影响。结果表明,文中提出的分析方法能够较好的考虑地震动不确定性与结构自身不确定性,是一种有效的理论易损性求解方法;结构模型自身的不确定性对结构地震易损性结果具有较大的影响,这种影响对结构在大震作用下的抗倒塌能力尤为明显;文中的研究结果可为评估多层框架结构的地震灾害损失提供基础数据。     

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。     

增量动力分析方法的改进及其在高层混合结构地震危害性评估中的应用

在基于性能的地震工程中,增量动力分析(IDA)常被用于计算结构的动力反应、损伤性能及可能的经济损失。这种定量的危险性分析方法主要包括:选择一组地震波并完成结构非线性模型的IDA,总结得到各种分位值对应的IDA曲线及相关状态性能限值,将IDA结果与地震危险性分析结果结合起来形成结构地震危害性评估的计算格式。本文介绍了IDA的基本原理与过程,提出了改进IDA曲线统计的方法。通过对一栋25层高层混合结构进行IDA分析,得到该结构概率分位值为16%,50%和84%的IDA曲线及其对应的极限状态值,结合上海市概率地震危险性分析曲线,对该高层混合结构的地震危害性进行评估,同时对这种评估方法在高层混合结构中应用的可靠性与可行性进行论证。     

基于耐震时程分析法的高效地下结构地震易损性分析

为研究基于耐震时程分析法对地铁车站进行高效地震易损性分析的可行性，选取Ⅲ类工程场地中典型两层三跨地铁车站作为研究对象进行地震易损性分析。为反映所构造的耐震时程曲线具有所选天然地震记录的离散特性，借鉴IDA分析中分位数回归统计方法，分别以所选实际天然地震记录反应谱的16%,50%,84%分位值作为目标反应谱，各自构造3条人工耐震时程曲线作为有限元模型输入，并基于耐震时程分析结果与IDA结果绘制各级性能水准下的地铁车站地震易损性曲线。结果表明：在Ⅲ类工程场地中两种方法计算得到的地下结构各级性能水准地震易损性曲线吻合良好。因此，考虑输入耐震时程曲线离散特性的耐震时程分析法能够显著降低地下结构进行地震易损性分析过程中的非线性动力时程计算次数，并保证较高的计算精度；同时也验证了基于地震记录反应谱的分位值构造一系列具有离散特性耐震时程曲线进行易损性分析的思路是可行的。     

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.     

基于贝叶斯理论的增量动力分析曲线簇统计分析方法

地震易损性分析是评估建筑结构抗震性能的重要手段,增量动力分析又是地震易损性分析的数据基础,其曲线簇的统计分析直接关系着地震易损性分析结果。然而,由于增量动力分析曲线存在"非单调"、"回折"和"平台阶段"等复杂现象,常见的统计分析方法均存在一定的限制。基于贝叶斯理论,提出了一种新的统计分析方法。该方法可以较好地解决由于增量动力分析曲线簇的复杂性而引起的统计问题。最后,利用提出的贝叶斯统计分析方法对一个3跨3层钢筋混凝土框架结构开展了地震易损性分析,表明该方法可以有效地开展IDA曲线簇统计分析。     

高层装配式层间隔震结构的抗震性能及破坏失效模式研究

本文在同时考虑隔震层及其上、下部结构非线性的基础上,对一高层装配式层间隔震结构进行了动力弹塑性分析。通过分析结构地震响应,研究其不同地震波输入下的抗震性能。并通过增量动力分析(IDA)探讨高层装配式层间隔震结构在超大地震下的损伤机理和失效破坏模式,为高层层间隔震技术的发展提供了理论依据。