结构需求概率危险性分析中强震记录选取研究#br#

目前结构性态地震工程中易损性曲线传统计算流程对强震记录选取不够重视,鲜有对目标场址地震概率危险性的考虑,因而以同时考虑地震概率危险性和结构自振周期特性的条件均值谱作为记录选取依据,将结果应用到IDA方法和条带法中,并与地震事件随机散布的传统云图法进行对比。以某八层平面框架作为算例,将云图法与IDA方法以及条带法在四种极限状态下的结构需求易损性曲线以及结构需求概率危险性曲线进行对比分析。其中,随机选取两组地震事件（M,R）分布范围相仿的强震记录进行云图法计算,二者结果由于不可控的地震动不确定性而存在显著差异,但IDA方法与条带法由于采用条件均值谱对地震动进行了控制,彼此结果基本一致,更符合实际工程场址的危险性需求,同时为后期不同区域的结构性态分析损失评估提供了依据。     

基于条件谱记录选取的工程需求概率危险性计算方法

传统云图法和条带法计算工程需求概率危险性曲线(EDHC)时,存在地震危险性水平不可控、理想假设过多和计算成本较大等弊端。在第三代性态地震工程的框架思路下,对现有条带法进行改进,以条件目标谱作为记录选取依据,得到了考虑场址地震危险性特征的EDHC改进计算方法。采用自振周期约为1.0s的10层钢筋混凝土平面框架作为结构算例进行验证。以中国某场址地震安全性评价实例为设定地震解耦依据,构建不同场址地震动危险性水平下条件周期T=1.0s的条件目标谱簇。在进行多危险性水平下的记录选取后,采用改进条带法计算目标结构最大层间位移角和顶层位移的EDHC曲线。与传统云图法的计算结果对比表明,云图法的诸多假设在高地震动输入水平下并不严格成立,最终导致EDHC曲线在年超越概率不大于2%时被显著高估。而采用改进条带法的计算结果表明,即使采用与结构自振周期相关性较弱的0.01s作为条件周期进行后续调幅和选波,与基于Sa(T=1.0s)的EDHC计算结果依然可以保持较好一致性。研究结果证明：该方法可以控制各调幅条带下记录的地震危险性水平一致,且与选择的地震动强度指标无关,可以在计算工程需求概率危险性时合理考虑目标场址的地震危险性特性。     

不同谱匹配地震动对RC框架结构地震易损性的影响分析

地震动谱形特征对结构地震响应分析至关重要，因此应考虑地震动谱形、选取合适的地震动记录以分析结构易损性。选取条件参数不同，但加速度反应谱值与设计谱相同的4条条件均值谱，分别基于条件均值谱和设计谱进行地震动记录的选取与谱匹配，并通过输入得到的12组地震动记录对一个5层算例结构模型进行增量动力分析，进而分析谱匹配方法以及条件均值谱对结构响应结果和地震易损性结果的影响。分析结果表明：输入谱匹配后的8组地震动记录，其工程需求参数分析结果的离散性明显降低且响应结果无明显偏差；以设计谱为目标谱时，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为集中，而以条件均值谱为目标谱时，由于条件均值谱参数的不同，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为分散。     

采用不同目标谱的RC框架结构一致地震倒塌风险评价

当前的抗震设防参数和抗震设计方法基于传统的“一致危险”范式，需要向更为合理的“一致风险”范式转换。为了实现“一致风险”的防控目标，需要对结构的绝对倒塌风险和相对倒塌风险进行双控，并基于目标谱选取实际地震动记录对结构的两种倒塌风险进行一致风险验算。该文以钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为研究对象，采用三种目标谱(规范设计谱、一致危险谱和一致风险谱)选取地震动记录，采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法获取结构倒塌易损性曲线和函数，分别选取基于抗震设防参数的地震危险性函数和基于场地安评的概率地震危险性函数，对结构的地震倒塌风险进行验算。分析结果表明：基于规范设计谱对结构进行地震倒塌风险评价偏于保守，而场地相关谱可考虑地震构造环境不同造成的不同区域地震危险性的差异，可更好实现一致风险的抗震设计目标。     

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。     

基于CPU并行计算的概率地震需求#br# 分析与地震易损性分析

概率地震需求分析体现了不确定性从地震动强度参数到工程需求参数的传递过程,文中介绍并对比概率地震需求分析中云图法、单条带法与多条带法的优缺点。以MATLAB+OpenSEES实时交互方式,提出基于CPU并行计算架构的概率地震需求分析方法,显著提高分析效率。提出并行-云图法、并行-单条带法与并行 多条带法,通过RC框剪结构的概率地震需求分析,开展不同层高RC框剪结构的地震易损性分析。研究表明：云图法的对数标准差普遍大于单条带法与多条带法,过高地估计了结构的抗震性能,而单条带法与多条带法在易损性中位值与对数标准差确定方法上存在差异,单条带法的对数标准差普遍低于多条带法。     

中国广义条件参数目标谱构建方法及地震动输入

为了在时程分析中考虑加速度反应谱之外的强度指标,构建了兼顾危险一致性和参数完备性的广义条件参数目标谱用于地震动记录选取。结合我国地震安全性评价中设定地震解耦的特点,提出利用各个潜源微元的贡献率作为权重计算条件均值向量,进而通过拉丁超立方分层抽样得到多元正态分布假设下的广义强度参数条件分布,即广义条件参数目标谱。通过K-S假设检验的D值法在数据库中搜寻最符合目标分布的记录组合作为选波结果。以我国某工程的地震安全性评价为实例,构建同时考虑幅值、频谱、持时以及谱强度指标的广义条件参数目标谱。结果表明：考虑设定地震贡献率修正的强度指标目标分布与单一设定地震的结果存在差异;广义条件谱记录选取结果的危险性曲线和场址概率危险性分析的结果基本一致;在低超越概率水平下, 广义条件谱下的危险一致性不及仅考虑加速度反应谱指标的条件谱。     

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。     

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。     

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。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

基于IDA的高面板堆石坝抗震性能评价

抗震性能分析能够有效估计结构在地震作用下的危险性,逐渐成为抗震安全性评价的重要方法,但由于结构的复杂性,该方法在面板堆石坝方面的应用还处于起步阶段。随着强震区大量高面板堆石坝的建设,这些高坝的安全性是必须要考虑的重大问题,因此对大坝进行抗震性能分析至关重要。增量动力分析(IDA)法作为一种抗震性能分析方法,能够全面、深入地分析在不同强度地震作用下结构性能的变化。将IDA法引入到高面板堆石坝安全评价领域,建立了高面板堆石坝地震破坏性能评价方法。根据场地条件选取了15条不同的强震动记录,以地震峰值加速度PGA为地震动参数,采用坝体地震震后变形、坝坡稳定性、面板防渗体安全为抗震性能评价指标,选取合适的性能参数,建议了高面板堆石坝各评价指标的破坏等级划分标准,通过大量非线性有限元计算,得到各性能参数的地震易损性曲线,分析了大坝在不同强度地震作用下发生破坏的概率,成果可为高面板堆石坝抗震性能设计和安全风险评估提供参考和依据。     

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。     

单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及地震易损性

通过有限元分析软件ABAQUS建立了单层柱面铝合金网壳结构的有限元分析模型,利用增量动力分析方法（IDA）对网壳结构进行强震作用下动力响应全过程分析,获得了单层柱面铝合金网壳结构强震失效模式。基于模糊数学理论提出单层柱面铝合金网壳结构强震失效判别方法,结合结构损伤理论拟合网壳结构强震损伤因子,通过大规模参数分析定义适用于铝合金网壳结构的损伤程度分级,对铝合金网壳结构不同损伤状态进行划分。通过随机抽样选取一定数量的结构-地震样本,对铝合金网壳结构开展地震易损性分析,通过回归分析建立地震易损性函数,获得单层柱面铝合金网壳结构的概率地震易损性曲线。结果表明：通过结构地震易损性分析可以看出铝合金网壳结构具有良好的抗震性能,在强震作用下保持基本完好或仅有轻微破坏的概率较大。     

媒体重头文章概览

<正>《土木建筑与环境工程》06/2017高速铁路简支箱梁桥的概率地震需求模型及易损性分析基于已建成高速铁路桥结构类型统计数据,以典型预应力混凝土简支箱梁桥为对象进行易损性研究。考虑5个不确定性参数,基于拉丁超立方抽样的反复试验法建立桥梁样本。采用"装箱法"选择地震动记录,与桥梁样本配对后进行非线性时程分析得到结构响应。定义各构件的损伤状态,通过对构件需求能力比进行二次回归建立桥梁各构件的概率地震需求模型,并生成构件易损性曲线,运用二阶单一边界法生成全桥易损性曲线。结果表明:二次回归分析产生的概率需求模型比线性回归方法更可靠;在地震作用下,此类桥梁构件中的墩柱、活动支     

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。     

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。