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.     

考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失EI北大核心CSCD

研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失,对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。建立高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架,引入双地震动强度参数,采用增量动力法进行易损性分析,得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比,验证了所建模型及易损性曲面的合理性;以此为基础,评估隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明,建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤,在高速公路隧道设计基准期内,轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大,中等损伤次之。该隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。     

基于多元增量动力分析（MIDA）方法的RC核心筒结构地震易损性分析

RC核心筒结构在水平双向地震荷载作用下,结构地震响应的耦合作用会严重削弱筒体的变形能力和延性性能,加剧筒体结构破坏程度。本文引入地震动入射角来模拟结构可能遭遇到的更为客观、实际的水平双向地震激励,基于传统IDA方法,采用拉丁超立方体网络抽样法考虑地震动强度及地震动入射角对结构的共同影响,提出了多元增量动力时程分析(MIDA)方法。基于MIDA方法,利用有限元分析软件Perform-3D对20层RC核心筒结构进行多元增量动力时程分析,获取了能反映结构抗震性能的MIDA曲线,并基于性能定义出结构的四个极限性态点,进而获得结构的地震易损性曲线,对结构的易损性能进行了分析和评估。     

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。     

基于向量IM的钢筋混凝土桥墩地震易损性分析

该文基于向量形式的地震动强度度量参数(Intensity Measure,IM),建立了一种预测钢筋混凝土(RC)桥墩损伤水平的地震易损性分析方法。以某城市桥梁为研究对象,考虑桥梁结构本身的不确定性以及地震动的不确定性,采用基于向量IM的易损性曲面对RC桥墩进行了地震易损性分析,对不同损伤状态下RC桥墩的易损性进行了研究。研究表明:由于地震荷载的复杂性,在进行RC桥墩地震易损性分析时,标量IM往往会忽略地震动的其他重要特性。向量IM因其包含了更多的地震动信息,能够显著地降低对于RC桥墩损伤水平预测的离散性,因而具有重要的研究价值。与传统标量IM形成的易损性曲线相比,该文提出的基于向量IM的易损性曲面可以有效地反映第二个地震动强度度量参数引起的RC桥墩易损性失效概率的变化。因此,采用向量IM进行RC桥墩的地震易损性分析能够更加准确地对RC桥墩的抗震性能做出评估。     

基于BP神经网络的RC框架结构地震易损性曲面分析:考虑地震动强度和持时的影响

与短持时地震动相比,长持时地震动会加剧结构的损伤,增加结构的失效概率,因此有必要更充分地研究地震动持时特性对结构地震易损性分析结果的影响。该文提出了一种基于BP神经网络的地震易损性曲面分析方法,使用神经网络模型,综合考虑地震动强度和持时特性对结构地震需求的影响,并进行地震易损性分析,得到不同损伤水平下考虑地震动持时特性的结构易损性曲面。选用3个不同高度的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别选择具有长、短持时特性的2组地震动记录为输入,采用BP神经网络模型建立地震动强度指标与结构响应间的关系,在此基础上得到目标地震易损性曲面,并对该方法的有效性进行讨论。分析结果表明,研究建立的BP神经网络模型精度较高,依据该方法可得到可信的损伤概率分析结果。相比于传统方法,神经网络可以更为有效和准确地建立持时与结构损伤的相关关系,得到考虑持时特性的易损性分析结果。该文的方法亦可进一步拓展,将更多地震动特性纳入地震易损性分析过程,具有明确的应用前景。     

考虑地震波随机性及水位影响的高土石坝易损性研究

考虑地震动输入数量及不同水位工况下的流固耦合影响,采用弹塑性模型非线性有限元方法对国内某高土石坝进行动力分析,再通过多样条分析(MSA)法对该坝地震易损性研究。根据场地条件选取40条地震波,并对高土石坝震害等级进行划分,选取坝体相对震陷率作为易损性极限状态指标;采用动力固结有限元程序SWANDYNE II对大坝进行动力计算,再采用MSA法得到地震易损性曲线。通过不同地震波数量的易损性方程参数分析,确定地震波合适的输入数量。通过对不同水位和地震动强度作用下的高土石坝三维易损性曲线发现,在相同地震作用下,随着水位的升高,大坝不同等级相应的破坏概率增大。综合考虑不同水位和地震动输入数量对高土石坝地震易损性的影响,可为高土石坝抗震安全评估提供参考依据。     

考虑PSI的深水高墩大跨桥梁地震易损性分析

以某深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑桩-土相互作用(PSI)、动水压力以及二者联合作用效应的影响,基于OpenSEES源代码分析平台建立有限元模型,随机选取100条近场地震波来考虑地震动输入的不确定性,以峰值地面速度(PGV)作为地震动强度参数,然后分别以墩顶、墩底曲率以及支座相对位移作为损伤指标,建立了桥梁不同构件的概率地震需求模型和地震易损性曲线,对深水桥梁的抗震性能进行了分析和评估。研究结果表明:深水桥梁的动水压力效应会增大桥墩的地震失效概率,但支座的失效概率会略有降低;考虑桩-土相互作用时墩底截面和支座的失效概率会有所减小,但墩顶的失效概率会有所增加;动水压力和桩-土相互作用均对支座易损性的影响相对较小;动水压力对高墩桥梁易损性的影响比桩-土相互作用要大。     

考虑参数不确定性的无筋砌体结构地震易损性分析

鉴于无筋砌体结构参数的高离散性及其地震响应的强非线性,在地震易损性分析中考虑其结构参数的不确定性显得尤为必要。以4幢不同层数的无筋砌体结构为研究对象,在OpenSees中建立等效框架有限元模型,采用增量动力法和一次二阶矩法考察了地震动及结构参数不确定性对其地震易损性的影响。分析结果表明：在无筋砌体结构的地震易损性分析中需考虑地震动和结构参数的不确定性影响,且结构地震破坏程度越高这种影响程度越大;结构参数的不确定性影响程度与地震动的影响程度相当;结构参数不确定性相比于地震动不确定性的影响随着结构层数的降低而变得更为明显;敏感性分析表明,结构阻尼比变化对易损性曲线地震强度中位值的影响可达到其他单个参数的4倍,其敏感性最高。     

近断层地震动作用下浅埋综合管廊地震易损性研究

为准确评估近断层地震动作用下浅埋综合管廊的地震损伤,利用ABAQUS建立土-结构整体有限元模型,以综合管廊层间位移角最大值为损伤指标,基于IDA方法进行结构地震易损性分析,重点考察近断层地震动强度指标和场地土特性对综合管廊抗震性能的影响。结果表明：近断层地震动加速度型指标的离散性最小,建议选取加速度型指标PGA、Sa作为地震动强度指标;以有限元计算数据为样本,采用BP神经网络可高效预测综合管廊结构的地震损伤,PGA、Sa及土体剪切模量对综合管廊地震易损性分析的影响较大,随着土体剪切模量的增大,超越概率逐渐减小,同时,LS、CP状态的超越概率变化范围要明显大于OP、IO状态;考虑PGA和Sa双参数更能准确反映不同地震动参数对结构损伤的影响,而仅考虑PGA或Sa单参数有可能高估结构的损伤程度。因此,对综合管廊等浅埋地下结构进行地震易损性分析时,建议综合考虑PGA和Sa的影响。     

地震动持时对考虑梁柱节点区不同破坏模式RC框架的地震易损性影响

地震动持时对非弹性结构的累积损伤和破坏有较大影响,但目前抗震分析设计中对地震动持时的规定是不明确的。从美国太平洋地震工程研究中心地震动数据库中选择具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录（PEER）中选取具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录,并划分为长、短持时两组各30条。利用OpenSees分析软件建立了一钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼的三维空间模型。分别以梁柱节点区不考虑非弹性变形、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形三种工况来依次模拟节点区的破坏模式。以此60条地震动记录为输入进行结构的地震易损性分析,得到在五种损伤水平下,对应于不同工况两组持时记录的结构地震易损性曲线,进而评估地震动持时对考虑节点区不同破坏模式结构抗震性能的影响。分析结果表明,相对于短持时地震动记录,长持时地震动记录使结构在相应损伤水平和工况下的超越概率明显提高;同一损伤水平下,按照梁柱节点区不考虑非弹性变形,考虑钢筋黏结滑移,同时考虑钢筋黏结滑移和剪切变形的顺序,长、短持时地震动记录作用下其超越概率均显著提高,且长持时地震动记录对节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形结构的影响更为明显。     

基于性能的集装箱起重机结构地震易损性分析

根据集装箱起重机(简称岸桥)结构在地震作用下的破坏表现特征,定义了4个破坏等级和3个性能水准,以门框位移角为量化指标,给出一种岸桥结构性能水准的确定方法。考虑结构和地震动的不确定性,对两台岸桥实例进行地震易损性分析,得到结构易损性曲线。分析结果表明:两台岸桥门框构件延性变形能力较差,在强震作用下的倒塌概率较大。易损性曲线明确了岸桥结构在不同地震动强度下的性能水准概率,为岸桥结构抗震性能评估和灾害分析提供理论依据。     

桥梁系统地震多维易损性分析

综合考虑地震地面运动以及性能极限状态的不确定性,提出了基于多地震需求参数分析的桥梁系统易损性评估方法,将易损性概念从一维扩展到多维。该方法首次提出服从多元对数正态分布的概率地震需求模型探讨桥梁体系各构件响应相关性,同时考虑各构件性能极限状态的相关性建立多维性能极限状态方程,确定结构失效域,通过MonteCarlo模拟计算系统多维地震易损性。以某一钢筋混凝土多跨连续梁高速公路桥为算例,通过非线性动力分析法获得最大响应样本,利用最大似然估计求得概率地震需求模型未知参数,计算体系多维易损性,并与构件易损性相比较。结果表明：桥梁体系多维易损性较构件易损性偏大,可避免用单一构件易损性代替系统易损性产生的非保守估计,预测结果更利于工程安全,为桥梁修复加固和交通系统可靠性分析提供理论依据。     

基于概率的高层建筑地震需求模型与风险评估EI北大核心CSCD

提出了基于贝叶斯理论的地震风险评估方法,综合考虑了地震危险性模型、输入地震动记录、结构参数和需求模型的不确定性,并以云南大理地区1970年-2017年间的地震数据为研究基础进行了详细讨论。在传统基于概率地震危险性分析方法的基础上,提出了基于贝叶斯理论的地震危险性分析方法,通过贝叶斯更新准则,确定了地震概率模型中未知参数的后验概率分布;通过贝叶斯理论建立了基于概率的地震需求模型,并在易损性中考虑了需求模型认知不确定性的影响;以42层钢框架-RC核心筒建筑为例,开展了地震作用下的风险评估。研究表明:基于贝叶斯理论的地震危险性分析方法,能够获得更为合理的危险性模型;忽略需求模型中参数不确定性的影响,将错误估计结构的地震易损性;不同加载工况将对高层建筑的地震风险产生显著影响。提出的概率风险评估方法,提供了可以考虑固有不确定性和认知不确定性的有效途径,有助于推动高性能结构地震韧性评价和设计理论的发展。     

关于概率地震需求模型的讨论

概率地震需求分析作为地震易损性分析和地震风险分析的重要一环,已经成为新一代基于性能地震工程(PBEE)的主要研究内容。概率地震需求分析的核心内容是建立概率地震需求模型,它表征了地震动强度与地震需求之间的概率关系。在某一强度地震动作用下,通常假设地震需求服从对数正态分布,其中,地震需求的中位值和地震动强度之间假设服从对数线性关系,而地震需求的对数标准差则假设保持不变。该文以4个不同高度、不同设防水准的钢筋混凝土框架结构为例,挑选100条实际地震动为输入,针对上述概率地震需求模型基本假设的合理性进行了讨论。研究结果表明：综合考虑计算精度和效率,关于地震需求中位值和对数标准差的假设可以满足概率地震需求模型的要求,而传统的对数正态概率地震需求模型无法考虑倒塌的影响,应予以修正。     

城市建筑群概率地震灾害风险评估研究

科学合理地考虑地震风险评估中各环节的不确定性是地震风险评估结果可靠的基础。该文利用某城市现有工程场地地震安全性评价数据,综合考虑城市地震危险性评估中的不确定性,以结构基本类作为城市建筑群模型,并考虑地震动不确定性对建筑群地震易损性的影响,建立了同时考虑地震危险性和地震易损性不确定性的地震风险评估模型,最终给出城市结构基本类不同极限破坏状态的年平均超越概率和50年内地震风险概率。基于结构不同极限破坏状态对应的损失比,获得每一种结构基本类的地震经济损失风险曲线。在此基础上,提出了采用地震风险一致概率为控制点,得到城市建筑群总的地震经济损失风险曲线组合的方法,该方法可为评估城市建筑群概率地震风险提供参考。     

基于多个响应量的拱坝地震易损性分析

以白鹤滩拱坝为研究对象,选取成组强震记录,同时考虑地震动和材料的不确定性,采用增量法对白鹤滩拱坝进行了地震易损性分析。统计连续调幅地震动作用下拱坝损伤破坏过程,直观的划分了拱坝地震破坏等级,确定了拱冠位移、横缝开度和损伤体积比这三个响应量在各破坏等级间的界限值,从而可通过这三个响应量定量描述拱坝的破坏等级。通过拟合增量动力分析结果,分别建立了三个响应量的概率地震需求模型,进而求得地震易损性曲线,并综合比较了不同破坏等级下基于三个响应量的易损性曲线,全面反映了拱坝易损性。利用易损性曲线可以预测不同强度地震作用下拱坝达到各级破坏的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据。     

连接Maxwell模型的两相邻结构地震易损性分析

对连接Maxwell模型的两相邻钢筋混凝土框架结构建立二维模型,考虑了梁柱单元及阻尼器单元在大震作用下的非线性行为,通过大量的增量动力分析(IDA),研究了Maxwell阻尼器优化参数理论表达式在结构经历初始弹性、屈服直至倒塌全过程的适用性,并基于IDA分析的结果,对结构未控和控制情况下的地震易损性曲线进行了比较分析,从性能评估的角度研究了Maxwell阻尼器对相邻结构在不同地震波及不同地震动强度水平下的控制效果。通过相邻结构在不同地震动强度水平下的顶层位移时程发现,Maxwell阻尼器在小震作用下对两结构顶层位移控制效果均较好,但是在大震作用下,仅对结构2有明显的控制效果;由控制和未控时的相邻结构的地震易损性曲线亦可看出,Maxwell阻尼器对结构2在各性能水平下的控制效果均优于结构1。最后,通过大量的参数化分析,基于相邻结构地震易损性最小原则提出了合适的阻尼器参数值。     

基于易损性指数的钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

在传统地震易损性分析的基础上,提出了易损性指数的概念,并用其来评估结构的地震损伤。通过引入群体结构震害评估中震害指数的概念,结合解析地震易损性分析得到的结构破坏状态概率,将震害指数的数学期望作为单体结构的易损性指数。选择8层和10层两组考虑不同抗震设防水平的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析得到结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线、易损性指数曲线以及结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数。分析结果表明：按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构基本可以满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的性能要求。在大震作用下,结构可以较好地控制较严重破坏的发生。随着抗震设防水平的提升,结构的抗震能力得到了加强,但结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数却发生了增加。