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LHS-MC方法的矮塔斜拉桥地震风险概率分析

提出一种既能避免繁琐积分,又能综合考虑结构材料和地震波动随机性问题以及地震危险性的地震风险概率计算方法。基于结构材料参数的概率分布,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法考虑结构构件材料参数的随机性,并结合选取的地震波,形成地震动-桥梁组合样本集。针对典型矮塔斜拉桥结构体系建立非线性有限元纤维模型,确定各主要构件的损伤指标,与增量动力分析方法相结合进行了地震易损性分析,选取合适的分布函数,拟合加速度峰值-结构损伤概率曲线。采用蒙特卡罗(MC)抽样方法离散地震危险性概率模型,避免了繁琐的积分,针对典型矮塔斜拉桥的地震风险概率进行了评估。     

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。     

基于云图法的规则桥梁概率地震需求模型

基于性能的结构抗震设计需要建立在概率理论的基础之上,结构概率地震需求模型是其中的一个关键环节。针对公路梁式桥中的规则桥梁,利用OpenSees软件,建立了8座具有一定代表性的规则桥梁样本;选取三类不同场地条件下2390条国内外地震动记录,基于云图法对8座桥梁样本逐一进行了时程分析;以阻尼比为5%、与结构基本周期相对应的谱加速度S_a作为地震动强度指标,以墩顶位移漂移率D作为工程需求参数,分析了三类不同场地条件下、不同桥梁样本的地震动强度指标与工程需求参数之间的概率分布特征。结果表明:三类不同场地条件下,规则桥梁与结构基本周期对应的弹性谱加速度S_a与墩顶漂移率D之间近似服从指数函数分布。利用分析结果,建立了三类不同场地条件下规则桥梁地震动强度参数与地震需求参数之间统一的简化计算公式;算例验证表明,所建立的简化概率地震需求模型具有良好的计算精度,可大大简化规则桥梁概率地震需求的计算。     

不同场地高铁隔震桥梁概率地震需求模型比较

根据我国典型高速铁路(高铁)桥梁摩擦摆隔震支座的力学性能试验和桥梁结构设计参数,建立高铁隔震梁桥有限元模型。根据不同场地的地震反应谱特征,提出不同场地条件下高铁隔震桥梁概率地震需求模型的比较方法。根据上述研究方法和分析结果,获得场地条件对典型高铁隔震桥梁概率需求模型的影响规律。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于概率地震需求分析的铅芯橡胶支座抗震性能研究

选取谱加速度为地震动强度参数,最大墩底弯矩为工程需求参数,对铅芯橡胶支座隔震简支梁桥和非隔震简支梁桥进行了概率地震需求分析,从概率的角度定量计算研究了铅芯橡胶支座在提高桥梁结构抗震性能上的作用。概率地震需求模型计算结果表明,隔震桥梁结构回归方程的斜率均小于非隔震桥梁结构回归方程的斜率,这反映出隔震结构对地震动强度改变的敏感性小于非隔震结构;场地危险性分析表明,在同一场地上,桥梁结构体系遭遇某水平谱加速度的超越概率,隔震结构小于非隔震结构,隔震支座的应用降低了桥梁结构对应的场地危险性;概率地震需求危险性分析表明,在本文设定的场地和结构参数下,铅芯橡胶支座隔震桥梁结构发生墩底纵筋屈服的年超越概率远小于非隔震结构相应的概率。本文的研究表明,概率地震需求分析方法作为一种基于概率的定量分析方法,可以用于不同结构体系的桥梁结构抗震性能的评价上。     

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。     

多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析EI北大核心CSCD

该研究采用多年冻土场地桩基桥梁数值模型和高斯过程替代模型进行多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析。首先,利用试验设计方法构建多年冻土场地桩基桥梁高斯过程替代模型的训练样本,生成结构体系输入参数的最大数量采样点;针对采样点,利用建立的桩基桥梁有限元数值模型进行非线性地震响应分析,使用高斯过程替代模型模拟多年冻土场地桩基桥梁输入和输出关系,进而执行桩基桥梁的不确定性量化。基于统计变量和变异参数(coefficient of variation, COV)评估多年冻土场地桩基桥梁地震响应的不确定性。研究结果表明:(1)当桥梁结构参数随着变异参数由5%增加为30%时,桥梁结构的时程响应随之而增加,桥梁结构输入参数的变异性对多年冻土场地桩基桥梁的地震响应影响显著;(2)随着桥梁结构体系输入参数变异性增加,相应的地震响应的变异性随之增加,桥梁结构体系输入参数变异性增加直接影响地震响应变异参数的变化。该研究中所述多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析可为同类构筑物的模拟提供分析方法和思路。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法.基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征...     

桥梁地震需求分析中建模不确定性的敏感性研究

为探讨桥梁建模相关不确定性对结构地震需求的影响,促进基于性能的桥梁抗震设计方法在实际工程中的应用,以一座4×30 m的钢筋混凝土连续梁桥为例,考虑材料(Material Uncertainty,MU)、边界(Boundary Uncertainty,BU)和结构(Structural Uncertainty,SU)三类桥梁建模相关的不确定性,基于Open SEES程序建立多参数化有限元动力分析模型,输入22条标准化的远场地震波进行非线性时程分析,根据分析结果进行概率条带分析,并基于龙卷风图对各种不确定性进行了敏感性研究。结果表明:随着地震动强度的增加,影响结构地震需求预测的建模不确定性因素越多;建模不确定性对构件响应均值(μ)和对数标准差(ζ)的影响不完全相同; SU对所有的工程需求参数(Engineering Demand Parameter,EDP)都有较大影响,但BU的影响却因EDP的不同而不同;相比SU和BU不确定性的影响,MU不确定性的影响相对较小。     

多维地震下钢筋混凝土双曲线冷却塔结构易损性分析

采用数值模拟方法,对辽宁鞍山某在役钢筋混凝土冷却塔结构的地震易损性进行了评估。应用ABAQUS软件建立了分析模型;根据结构所在的场地条件选择了一系列合理的地震动记录,以考虑地震动的不确定性。选取了材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和强度参数,并将结构的破坏状态划分为五个等级。分别输入单向、水平双向和三向地震作用,结合增量动力时程分析所得结构响应,基于对数正态分布假设,通过回归分析建立结构的概率地震需求模型,最终得到结构的地震易损性曲线;在此基础上对结构的抗倒塌安全储备进行了评估分析。分析结果表明:水平双向地震作用下冷却塔结构的损伤概率比单向地震作用时显著增加,若仅考虑单向地震作用会与实际产生较大偏差;由安全储备分析可知该结构满足"大震不倒"的要求。     

多维性能极限状态下基于模糊失效准则的结构概率地震风险分析EI北大核心CSCD

考虑了结构多维性能极限状态的模糊不确定性,建立基于模糊失效准则的概率地震风险分析方法。综合考虑结构和非结构构件的抗震性能,建立多维性能极限状态方程。选择三种隶属函数描述极限状态的模糊性,包括降半梯形分布、降岭型分布和二次抛物型分布,基于地震烈度概率模型,建立基于模糊失效准则的概率地震风险分析表达式。基于SAP2000建立RC框剪结构模型进行分析。研究表明:基于二次抛物型分布的年平均超越概率会随着隶属区间的扩大而减小,而基于降半梯形分布和降岭型分布的年平均超越概率会随着隶属区间的扩大而增大;若隶属区间相同,三种隶属函数的年平均超越概率,从大到小依次为降半梯形分布、降岭型分布、二次抛物型分布;忽略不同工程需求参数性能极限状态的相关性会使年平均超越概率偏低。     

强震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处碰撞效应的影响研究

大跨斜拉桥一般采用飘浮体系或者弹性约束体系,其在强震作用下梁端会发生很大位移,梁端的过大位移可能会导致主梁与相邻跨引桥的碰撞,使整个结构丧失整体性。本文针对强震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处的碰撞现象,以一座典型大跨斜拉桥为例,建立了考虑引桥墩柱、塔柱弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法研究了大跨斜拉桥伸缩缝处相邻跨梁体碰撞对桥梁结构地震反应的影响。研究结果表明：由于大跨桥梁结构主、引桥结构体系不同,在强震作用下主引桥相邻梁体易发生碰撞,碰撞不仅会产生很大的撞击力,而且使引桥地震力需求、引桥梁端位移、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度需求有较大增长,极易造成引桥的落梁或者破坏;而碰撞效应对主桥的地震需求影响较     

方向脉冲及竖向效应对高铁桥梁地震响应影响EI北大核心CSCD

近断层地震会给桥梁带来严重损害,其方向脉冲及竖向地震动效应日益引起研究者注意。以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应。结果表明:近断层地震下桥墩进入弹塑性阶段,刚度的改变其自振周期随之改变。相比远断层地震而言,近断层地震以其较大的脉冲周期与进入弹塑性的桥梁相耦合,将加剧桥梁的非线性响应。考察了竖向地震动对桥梁地震性能的影响,通过轴力变化改变影响桥墩滞回性能,增加塑性区变形,但不会导致墩顶横向位移的增加。建议设计时采用近断层地震因子及合适的竖向地震动参数考虑近断层效应的影响。     

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。