钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

由于钢筋混凝土框架结构已经在民用建筑和工业建筑中得到了广泛的应用,因此本文以三维框架结构体系为研究对象,以美国地震工程研究中心(PEER)提出的概率性能评定框架为基础,对钢筋混凝土框架结构的地震易损性进行了研究.研究中所采用的有限元软件为美国中部地震研究中心(MAE Center)开发的ZEUS-NL软件.     

考虑冲刷效应的钢筋混凝土拱桥桩基地震易损性分析

冲刷将侵蚀桥梁桩基周围的土体,致其侧向约束减弱,影响桥梁结构的受力行为,这对于拱桥结构而言更甚。鉴于此,以某三跨连拱坦拱桥为例,依托SAP2000软件建立全桥有限元模型,通过m法模拟桩土相互作用,采用曲率延性作为桩基的损伤指标,基于增量动力分析方法,计算出不同地震等级下的曲率响应峰值,进而给出不同冲刷深度时,主拱桩基对应轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全破坏状态的地震易损性曲线。研究表明：在一定冲刷深度范围内,拱桥桩基的损伤概率随冲刷深度增加而加剧;当冲刷深度超过一定值后,桩基的地震损伤概率明显减小。同时,拱桥桩基冲刷深度达到3m后,恒载作用下,主拱承台的顺桥向变形略微增大,其在地震下的位移响应也随PGA增加而非线性增大。可见,桩基础冲刷至一定深度时,静/动力荷载均可能影响桥梁结构的安全性。因此,拱桥桩基需合理考虑桩基防冲刷措施,且抗震设计时需考虑冲刷深度对拱桥桩基地震易损性的影响。     

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。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析

利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土框架结构构件中混凝土应变率进行了分析,将梁、柱的弹塑性在应力-应变层次上进行模拟;研究了多维地震输入下应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应的影响以及同一地震波不同峰值加速度下钢筋混凝土弹塑性地震反应的应变率相关性,对比分析了考虑应变率与未考虑应变率下的弹塑性地震反应的差别。研究结果表明:框架柱的应变率明显大于框架梁,并且上部构件的应变率小于下部构件,构件跨中截面的应变率小于端部截面;考虑应变率效应时结构的位移反应、基底剪力和弯矩发生改变,峰值加速度较大的地震波作用下应变率效应更为显著,应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应存在一定的影响,尤其对强震下结构进行抗震分析时应适当予以考虑。     

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。     

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。     

钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

本文以一榀7层的钢筋混凝土框架结构为分析对象,采用SAP2000建立有限元模型,选取非线性Nlink单元来模拟梁和柱两端的塑性角,其中柱铰单元采用纤维PMM铰,梁铰单元设置弯矩铰。分别指定最大层间位移角和最大顶点位移角作为结构地震需求参数,并定义了相应的破坏状态。输入8条地震动记录进行结构地震易损性分析,得到了相应的易损性曲线。该方法可为结构的抗震性能评价提供参考。     

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。     

采用不同减震结构体系的RC框架结构地震易损性分析

采用消能减震技术能有效提高结构的抗震性能,而不同减震结构体系减震效果不同。为了评估不同减震结构体系下的抗震性能,本文以某6层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析法的地震易损性分析方法,分别研究了增设防屈曲约束支撑、软钢阻尼器、粘滞阻尼器3种不同减震结构体系的抗震性能。研究结果表明：在同一减震目标下,3种不同的减震结构体系均能有效控制结构的地震响应,其中防屈曲约束支撑结构在不同损伤状态下的超越概率最小,抗倒塌储备系数最大,说明该阻尼器的控制效果最佳,其次是软钢阻尼器,最后是粘滞阻尼器。     

空心高墩铁路桥梁地震易损性分析

为了评价某钢筋混凝土圆形空心高墩铁路桥梁的抗震能力,本文以各墩柱控制截面的截面曲率为损伤指标,采用增量动力分析方法,分析了圆形空心高墩在纵桥向和横桥向地震动作用下的地震响应,得到了桥梁构件和桥梁整体结构控制截面在不同损伤状态下的超越概率,建立了圆形空心高墩铁路桥梁的地震易损性曲线.分析结果表明:纵桥向地震动作用下,各墩...     

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。     

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。     

低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能分析与评估

对抗震设防水平不高、抗震构造措施设置不足且已经服役多年的低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能的主要影响因素进行总结,在此基础上从构件层面逐一分析各影响因素的敏感性,采用有限元分析软件OpenSees建模分析、评估两类延性不同但具有相同尺寸及配筋率的结构的抗震性能,分别从结构与构件层面对比不同延性结构失效模式的差异性。分析结果表明,低延性结构抗震能力较新建结构差,但均满足现行抗震规范“大震不倒”的设计要求;当增强地震作用后,低延性结构的抗震性能远弱于新建结构,具体表现为延性低,耗能差,抗倒塌能力弱,易发生脆性破坏,结构低延性特征明显。     

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。     

钢筋混凝土框架结构的损伤状态相关余震易损性分析

一次主震过后通常伴有多次余震发生,由于主、余震间隔时间较短,主震损伤结构通常要遭受进一步的余震作用.为了评估震损结构的余震安全,提出了一种损伤状态相关的余震易损性分析方法.该方法采用有限次整体调幅的主余震序列作为输入,利用Park-Ang指数描述结构在主余震序列作用下的主震损伤和累积损伤,基于logistic回归方法生...     

Seismic partitioned fragility analysis for high‐rise RC chimney considering multidimensional ground motion

In order to identify the vulnerable parts and areas of the high‐rise reinforced concrete chimney, this paper presents an effective method, which called partitioned fragility analysis. One 240‐m‐high reinforced concrete chimney was selected as the practical project, and its analytical model was created with ABAQUS software. The selected high‐rise chimney structure was divided into 17 parts, and then the damage probability of each part in different damage states was obtained with the fragility analysis considering multidimensional ground motions. Twenty ground motion records were taken from the Next Generation Attenuation database as the input motions, and the peak ground acceleration was selected as the intensity measure. The response of the chimney structure under multidimensional ground motions was obtained based on incremental dynamic analysis. The maximum strains of concrete and steel bars were defined as the damage limit states of the chimney structure. The fragility curves and surfaces obtained from this analysis showed that the vulnerable areas of the chimney structure appear at 0–20 m, 90–130 m, and 150–200 m along the height of the chimney respectively. Based analytical results, these vulnerable parts can be retrofitted to enhance the seismic resistance of existing chimney structures. And the partitioned fragility analysis method can also be used to improve the design of new chimney structures.     

考虑倒塌概率修正的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

为研究倒塌概率对非倒塌极限状态的影响,提出了考虑倒塌概率修正的结构地震易损性分析方法。基于全概率定理,将结构极限状态划分为倒塌状态和非倒塌状态两类,若结构发生倒塌则认为结构发生非倒塌极限状态破坏的概率为100%。考虑倒塌概率修正的地震易损性分析方法包含直接方法和间接方法,其中,直接方法是直接对传统地震易损性函数进行修正,而间接方法仅修正地震易损性函数中的概率地震需求参数。以4榀不同高度不同设防烈度的钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,选择100条实际地震动记录作为输入,分别采用直接方法和间接方法开展考虑倒塌概率修正的地震易损性分析。结果表明：倒塌概率对轻微破坏和中等破坏极限状态的影响较小,而对严重破坏极限状态的影响较大;在地震动强度较小时,两种方法对地震易损性的修正结果相差较小;随着地震动强度的提高,两种方法对地震易损性修正结果的差距逐渐增大。