局部液化地层范围及埋深对隧道地震上浮的影响研究

杭州地铁4号线甬江路站-锦江站区间施工时需穿越大范围的可液化地层,为降低隧道在地震作用下上浮破坏的潜在风险,该区间选线时将隧道埋深进行了增大,从而使隧道部分处于非液化土层。为了研究在地震作用下盾构隧道局部液化地层范围以及隧道埋深对隧道上浮的影响,并对隧道调整后的抗震效果做出评价,采用有限差分软件FLAC^3D数值模拟与振动台试验相结合的方法,对处于不同液化土层分布范围、不同埋深的隧道地震上浮情况进行了数值分析及模型试验,研究结果表明：隧道液化地层范围越小,隧道上浮位移越小;当隧道埋深达14 m、隧道液化地层范围小于隧道范围一半时,隧道只发生轻微上浮;隧道设计时应尽量避免使隧道完全处于可液化地层中,可采取液化与非液化地层组合或增大埋深的方式,提高隧道结构的抗震安全性。     

考虑土体参数不确定性的供水管道地震响应分析

埋地管道周围土体性质沿管道纵向存在不确定性,直接影响到埋地管道的地震响应规律和抗震性能。为此,基于设计反应谱合成不同抗震设防烈度下的人工地震动,采用简化弹性地基梁模型,分析地震行波作用下的管道接口动力响应。考虑因安装环境差异、管道老化等因素引起的球墨铸铁管道接口强度的折减,分析土体重度、内摩擦角、黏聚力和土弹簧屈服位移4个不确定性参数对埋地球墨铸铁供水管道地震响应的影响规律,并对不同地震烈度、不同薄弱接口抗拉强度折减系数土参数不确定性规律进行总结归纳。算例分析表明:与确定性参数模型计算结果相比,4个不确定性参数对接口峰值动力响应的影响程度依次为黏聚力、内摩擦角、土体重度、土弹簧屈服位移,同时考虑4个不确定性参数的模型对结果影响最大,最大接口张开量的变异系数可高达9.54%;考虑土体参数不确定性的均值与确定性工况基本一致,最不利值为确定性工况的1.09~1.31倍;管道局部接口抗拉强度的折减对管道接口位移的响应影响显著。基于计算结果给出了不同地震动强度下接口薄弱系数与接口最大张开量的预测公式。     

应用非概率凸集模型的框架结构抗震性能分析

为解决结构抗震性能分析结果会因地震动记录选择上的差异产生较大变异性问题,采用非概率凸集模型来考虑地震作用的不确定性,以结构最大层间位移角作为抗震性能指标,通过能力谱方法对一钢筋混凝土框架结构进行非概率性抗震性能评估,与基于概率随机模型的抗震性能分析结果进行比较.结果表明,采用非概率凸集模型进行结构抗震性能分析,在减少变异性的同时,还具有一定的合理性和适用性.     

地震作用下Benchmark基础隔震结构支座破坏危险性评价

以Benchmark基础隔震结构为分析对象,用凸集模型模拟隔震结构参数(刚度、质量、支座的屈服力和屈服后刚度等)的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,在PEER(太平洋地震工程研究中心)提出的以全概率理论为基础的基于性能的结构抗震评价方法(称为第二代PEBB)的大框架下,提出了计算地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构支座发生破坏的危险性评价新方法。通过计算对比可知,若不考虑结构参数不确定性将低估隔震支座破坏的危险性;对计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,隔震支座的力学参数(支座刚度、摩擦系数等)对基底最大位移影响较大,上部结构质量的影响次之,而上部结构的刚度对其影响不大。此外,该研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震破坏危险性评价提供了一种新的思路和途径。     

衔接GMPE的城市燃气管网连通易损性分析

为合理评估城市燃气管网在不同地震动强度下的连通性,以地震动预测方程(GMPE)为输入依据,通过蒙特卡罗模拟方法给出了考虑地震动不确定性的城市燃气管网连通易损性计算方法.首先,在某设定震级下,基于地震动预测方程(GMPE)确定燃气管网各点的输入地震动强度指标(峰值加速度P_(ga)和峰值速度P_(gv)),同时采用正态分布抽样来模拟随机误差变量的分布以体现不确定性.然后,利用蒙特卡罗模拟方法确定燃气管网系统各单元失效概率,再通过震后的管网中未通气的节点数量比例来定义连通性的损失指标.最后,计算得到多个设定震级下损失指标的超越概率和连通易损性曲线.本研究基于该流程以中国华北某城市燃气管网作为实例进行连通易损性分析,同时针对地震动预测方程中不确定性的影响进行了对比研究.计算结果表明,该市燃气管网在考虑地震动不确定性时的震后各个破坏状态对应的震级均值比不考虑时小接近0.5级,且在不同震级下连通性能超过某破坏状态的概率也偏大.本研究所建议的连通易损性分析流程可以为城市评估整体燃气管网的概率地震风险提供参考,同时较好考虑了地震动的区域差异性和不确定性.     

关于地震区划图的编制原则与抗倒塌设防的探讨

地震区划图是工程设防的重要依据,是防震减灾过程中的一项基础工作.目前全球大震发震频次相对较高,超设防烈度问题已凸显.从地震区划图的制定基础出发,讨论了影响地震区划的基础因素,分析了超设防烈度发生的主要原因;基于概率地震危险性分析方法编制的地震区划图,探讨了概率地震危险性分析方法的假设模型,指出地震危险性分析应在揭示地震发生机制的基础上合理确定地震预测模型;地震危险性分析方法应采用概率地震危险性分析与确定地震动相结合;地震区划图应以地震危险性分析结果与建筑物抗倒塌易损性分析结果为依据,并充分考虑大震和特大地震的发生概率,编制一致倒塌水准的地震区划图,提供合理的抗倒塌设防标准.     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

工程输入地震动持时的人工智能预测方法

为提高结构地震反应分析的计算效率,可以仅将决定结构地震反应大小的地震动强烈震动段作为输入,因此研究对应于强烈震动段的持时预测方法具有意义.本文以地震动截取前后结构最大位移反应保持不变为标准,考虑结构进入塑性时导致的周期延长影响、高阶模态影响、估计结构屈服强度时存在不确定性的影响,提出了一种基于深度学习的地震动持时预测方...     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

基于拱冠位移的拱坝地震易损性

选取一系列地震波对同时考虑材料非线性和横缝非连续接触的拱坝进行大量的动力时程分析,以拱冠最大位移为响应参数定义3个性能水准,结合通过结构反应回归分析得到的概率地震需求模型,建立在地震作用下基于拱冠位移的拱坝易损性曲线,比较不同地震动参数表示下概率地震需求模型以及易损性曲线的区别.利用易损性曲线计算拱坝在不同大小地震作用下处于各级性能水准的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据.     

地震灾害下埋地管道的有限元分析

管道运输是输送油气等重要物资的主要手段,而地震对埋地管道的破坏是难以修复的。首先,基于非线性动力学理论,运用ANSYS有限元软件建立了管道-土体模型;然后,建立管道与土体之间的非线性接触模型,通过对有限元模型施加载荷,得到了埋地管道的静力分析结果;最后,对埋地管道施加不同的地震波并进行了比较。结果表明,管道的上部和下部在地震波的影响下产生了较大的位移;随着输入的地震波逐渐加大,管道下部的位移减小,但仍大于管道两侧的位移。由此可知,发生地震时管道的上部和下部受到的影响较大。     

基于Newmark法的设定地震滑坡危险性评估

摘　要: 基于野外调查和滑坡填图的成果, 将评价单元划分为滑坡单元与栅格单元, 赋予不同的滑块厚度及岩土体强度, 开展滑坡易发性评价; 结合历史地震重现的设定地震方法和地震动衰减经验公式对研究区场地地震危险性进行评价, 利用Arias 强度IA、 临界加速度ac 和滑块位移间的经验式计算滑坡体与斜坡体的累积位移量, 实现对潜在震区地震诱发滑坡的危险性评价。结果表明, 研究区河岸两侧及支沟与黄土地区为潜在地震作用下滑坡高危险区, 局部已有处于稳定状态的滑坡单元在评价结果中显示出整体位移, 可以反映出地震作用下滑坡的复活情况。在尚未开展局地-场地尺度的地震危险性区划时, 可以采用Newmark模型结合设定地震法对潜在震区地震诱发滑坡进行危险性评价。     

地下管道的震害预测模型及随机可靠性分析

地下管线在地震作用下的变形受到多种复杂因素的影响,具有明显的随机性,影响对其可靠性分析时相关参数的取值.考虑地震作用效应和管道抗力的随机特性,建立了埋地管道单元的概率预测模型,比较了管道随机变量采用不同的概率分布模型对管道抗震可靠性影响的差异,建议管道的允许变形和实际变形分别采用正态分布和极值Ⅰ型分布进行计算.     

埋地管线均匀腐蚀失效力学模型及随机分析

针对埋地管线在外部荷载和腐蚀联合作用下导致的失效问题,综合考虑埋地管线纵向和环向受力特性、腐蚀规律,建立失效预测模型,在此基础上运用一次二阶矩法(FOSM)对模型和参数的不确定性进行随机模拟,并对影响管道失效的主要参数如内压、残余应力、腐蚀参数等进行敏感性分析.结果表明:一次二阶矩(FOSM)与蒙特卡罗法(MC)计算结果基本符合,采用FOSM计算埋地管线的腐蚀失效概率是可行的;内压和残余应力的均值、变异系数越大,管道失效概率越大;残余应力随着腐蚀的发展逐步释放,在管道使用后期对失效的影响减小;管道失效概率在使用10～20a内增长迅速,之后由于腐蚀的自我抑制作用增长缓慢.内压、残余应力、壁厚、屈服强度和腐蚀是影响管道失效的5个重要因素,其中腐蚀尤为重要,减缓腐蚀速度的管道防腐技术可以有效减少管道的失效概率,延长管道使用寿命.     

基于概率的减震矮塔斜拉桥的结构破坏评估研究

本文以概率地震需求分析为基础,对天津永定新河特大桥主桥采用无阻尼器和有阻尼器的桥梁结构进行了抗震性能评价及对比.对地震动强度指标(IM)、工程需求参数(EDP)进行了研究,根据结构的地震需求危险性曲线,给出了该两种不同类型的结构在五十年内发生不同程度破坏的概率,从而为地震灾害损失评估提供依据.研究表明无阻尼器情况下,五十年内发生碰撞的超越概率为1.9％,接近极限超越概率;有阻尼器情况下,五十年内发生碰撞的超越概率为0.4％,能很好地满足性能水准要求.     

核电厂预应力混凝土安全壳结构抗震裕度评估

为了探究不同强度地震作用下核安全壳结构发生开裂的失效概率,评估结构抗震裕度,对其进行静力弹塑性分析,确定发生开裂破坏时的顶点水平位移损伤指标.选取15条地震动记录对结构进行增量动力分析,对结果进行线性回归分析,得到结构地震概率需求模型及地震易损性曲线.利用对数正态地震易损性分析模型进行结构抗震裕度分析,确定了结构高置信度低失效概率值为0. 254g,该值为安全停堆地震水平的1. 27倍.结果表明,核安全壳结构具有良好的抗开裂能力,地震易损性分析可以较好地反应其发生开裂破坏的概率与地震动强度水平之间的关系.     

用于火电厂减震的变质量MTMD基于可靠度的优化（特约稿）

提出了一种针对变质量的非传统多调谐阻尼器（MTMD）基于可靠度的优化设计方法。其中主结构部分考虑多阶模态,MTMD则考虑为集中质量。地震动激励采用金井清模型,利用状态空间法提高计算效率。地震危险性则依据地震动衰减关系和Gutenberg-Richter模型模拟。定义危险性、主结构与多调谐阻尼器相关参数均为随机变量,通过考虑结构多维输出及对应限值,并结合激励与结构随机性得到结构绝对失效概率,并进一步以绝对失效概率为目标函数形成优化问题,通过求解变质量MTMD最优解进行设计。本文将该方法应用于带多煤斗的火电厂房煤斗隔震设计。其中,煤斗隔震形成MTMD,而煤斗内部储煤量变化则形成变质量MTMD。采用拉丁超立方抽样法生成样本,研究确定了合适样本数。通过选取结构角柱位移角作为结构响应,采用规范限值计算失效概率。利用基因算法求解了该优化问题并得到了最优设计与对应的失效概率。本文进一步对比了平动隔震体系和摆隔震体系。研究表明,尽管摆体系的频率与质量不相关,其失效概率并未优于平动隔震体系;且摆体系摆动圆弧曲率的变异系数对结构失效概率影响不大,规律不明显。最后,将煤斗与主结构碰撞亦考虑为失效事件,考虑了煤斗碰撞问题。本文所提出的设计方法基于可靠度,直接以降低结构失效概率为目标,可同时考虑结构多维输出以及煤斗与主结构相对位移,并对应地考虑多个响应限值,将多个响应综合为一个失效概率,避免了计算量巨大的多目标优化。     

全直桩高桩码头结构的地震易损性分析

为研究全直桩高桩码头的地震易损性问题,以某全直桩高桩码头为工程背景,考虑场地和地震动特性的不确定性影响,借助岩土有限元软件Midas GTS NX,建立全直桩高桩码头-地基土相互作用非线性数值模型.将地基土内最大桩基应变作为破坏损伤指标,基于增量动力分析法对所选地震动进行调幅,并逐一进行数值计算,得到全直桩高桩码头的地震易损性曲线,分析了全直桩高桩码头在不同强度地震动作用下不同破坏状态的超越概率.研究结果表明,当地面峰值加速度<0.80g时,全直桩高桩码头结构的破坏状态主要为轻度损伤以及中度损伤;当地面峰值加速度≥0.80g时,发生严重损伤的概率基本超过了50%,码头结构丧失运营能力.以地基土内桩基损伤为指标的易损性分析,描述了地震对全直桩高桩码头结构造成的影响,可为高桩码头的抗震设计和防灾预测提供参考.     

风电塔在地震和风荷载下的失效概率评估

本文主要对于某在役风电塔在地震和风荷载下的失效概率进行评估,并展开对比分析。为了对于地震和风荷载进行灾害危险性分析,首先结合风电塔特有的设计使用年限对于特定地区下的地震和风的发生概率开展了概率分析,得到灾害危险性曲线。为了对于该风电塔在地震和风荷载下进行易损性分析,以壳体单元和梁单元建立了包含叶片和塔体的有限元模型,以地震反应谱和风谱为基准选择和生成了多组时程记录,使用增量时程动力时程分析的手段,分别在地震和风荷载下,开展大量的非线性有限元计算,得到该风电塔在两个灾种下的易损性曲线。根据危险性分析和易损性分析结果,使用全概率公式,比较了地震和风两种不同灾种下的风电塔的总体失效概率。结果表明,基于风电塔特定设计使用年限的危险性评估可以避免计算过于保守的问题。该风电塔由于可变桨距,风荷载下在运转工况范围内响应大致保持不变。另外,对于该风电塔,风荷载下的失效概率大于地震,一方面是因为风电塔是相对长周期的结构,位于地震反应谱的下降段,因此实际的地震响应比较低,另一方面,该风电塔结构建设在风能的充沛区域,强风荷载的发生概率较大。本文所开展的考虑风电塔特有设计使用年限的概率分析对于风电领域在多灾种下的概率评估提供了有益指导。     

基于改进一次二阶矩法的砂土液化判别方法

通过对改进一次二阶矩可靠性分析方法进行研究,提出了一种基于标准贯入击数极限状态方程的地震液化可靠度评估方法,并用Matlab 7．0编制了相应的地震液化概率判别程序。用该可靠性分析方法对1976年河北唐山大地震的资料进行了液化概率分析,并与实测值和规范判别法计算结果进行了对比。结果表明：该方法具有可行性和精确性,为砂土液化势评估提供了一种有效的新方法。