地震与洪水作用下结构风险分析与设计研究进展∗

我国是世界上地震与洪水灾害最为严重的国家之一,两种灾害影响范围广泛,且很多地区为两种灾害的双易发地区,同时考虑地震与洪水作用的结构风险分析与设计是防灾减灾领域研究的重要问题。综述了国内外地震与洪水易发区结构性能分析与设计理论的研究进展,统计分析了地震与洪水的历史数据,根据洪水成因将地震?洪水灾害划分为地震伴随暴雨洪水、地震引发溃坝洪水两类,明确了地震与洪水的联合成灾机制和不同概率模型。总结归纳了地震?洪水灾害的不同表现形式,包括地震?洪水冲击接续作用、洪水冲刷?地震接续作用、洪水浸泡?地震接续作用,论述了地震与洪水作用下结构响应分析及易损性分析的研究现状,着重介绍了洪水冲刷?地震接续作用下结构全寿命风险评估和设计方法的研究进展,为进一步开展地震?洪水灾害的其他表现形式研究提供了新的思路。 总结分析表明,地震与洪水接续作用加重了致灾程度,增大了结构失效风险,基于全寿命周期的结构抗多灾设计方法,能够有效减少灾害影响和损失,对于工程防灾减灾具有重要意义。     

考虑冲刷影响的川藏线连续梁桥横向地震易损性分析∗

冲刷将减小土体对桥梁基础的横向支撑作用,削弱桥梁结构刚度,进而影响桥梁结构的动力学特性和抗震性能,因此有必要研究冲刷对桥梁结构抗震性能的影响。以川藏线常见的三跨连续梁桥为工程背景,利用有限元软件SAP2000建立桥梁结构有限元模型,利用m法考虑桩土相互作用,讨论了冲刷深度变化对桥梁结构动力学特性的影响。选取曲率延性作为桥墩和桩基的损伤指标,考虑材料和几何非线性,通过增量动力分析方法得到不同横向地震动强度下桥墩和桩基的峰值曲率,建立了不同冲刷深度下桥墩、桩基在轻微损伤、中等损伤、严重损伤以及完全破坏状态下的地震易损性曲线。研究结果表明:冲刷深度增加将增大桥梁结构自振周期;桥墩在各损伤状态下的损伤概率随冲刷深度的增大而不断减小;冲刷深度较小时,桩基的损伤概率随冲刷深度增加而增大,但当冲刷深度超过某一值时,桩基的损伤概率反而有所减小。     

基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析

地震风险分析包括地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估3个方面，其中，地震易损性分析可以预测结构在不同等级地震作用下发生各级破坏的概率，因此对结构的抗震设计、加固和维修决策具有重要的应用价值。传统的结构地震易损性分析主要采用经验方法或蒙特卡洛模拟法绘制地震易损性曲线。首先介绍地震风险分析的基本原理，然后提出结构整体地震易损性的概念，针对传统方法存在的问题，将结构的可靠度方法与基于性能的抗震设计理论结合起来，提出了基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析方法，并采用有限元可靠度方法进行了结构地震易损性的计算。以结构的最大层间相对变形作为整体性能指标，对某5层2跨钢框架结构进行了地震易损性分析，绘制了其在不同地震作用下对应不同性能水准要求的地震易损性曲线。     

考虑地震动转动分量作用的砌体结构易损性分析∗

为考虑地震动转动分量对砌体结构地震响应和易损性的影响,基于 ABAQUS 有限元软件平台建立了村镇区域典型单层砌体结构有限元模型,选取层间位移角最大值作为性能指标来分析地震动转动分量对结构响应及易损性的影响;首先,选取三组典型地震动分别进行调幅,研究了结构在不同强度地震动平动和转动分量作用下的地震响应;其次,在 PEER 数据库选取 80 条地震动,研究了地震动转动分量对砌体结构地震易损性的影响,建立了地震易损性曲线。结果表明：（1）同时考虑地震动平动分量和转动分量作用时的结构层间位移角最大值比仅考虑地震动平动分量作用时有明显增大,随着 PGA 的增大,转动分量对结构的影响有增大的趋势;（2）由于地震动转动分量的作用,结构发生不同极限破坏状态时的超越概率均高于仅考虑平动分量作用的情况。该研究成果可为村镇砌体结构抗震设计与性能提升提供理论参考。     

震后火作用下多层钢框架基于火灾荷载密度的易损性分析∗

与地震易损性相比 ,结构震后火的易损性研究尚未深入 。 以三层三跨平面钢框架为研究对象 ,采用 ABAQUS 进行建模,选取火灾荷载密度作为火灾强度指标,同时将耐火极限作为破坏状态指标,采取拉丁超立方法生成了 50 个结构样本,对钢框架进行震后火作用下耐火极限分析和易损性分析,并给出了不同损伤程度的四种破坏状态。研究结果表明：震后火作用下钢框架失效概率随火灾荷载密度的升高而增加;当火灾荷载密度达到最大值时,大震下钢框架发生轻微破坏、中等破坏和严重破坏的概率较高,出现倒塌破坏的概率相对较低;对比三水准地震设防烈度下火灾易损性曲线,随着地震烈度的升高,钢框架发生严重破坏和倒塌破坏的概率也随之增大。     

基于模糊可靠性的结构多维易损性分析

本文将模糊可靠性理论引入结构的多维易损性分析中。以一RC框架结构为例,将结构的性能极限状态划分为4个等级,建立了三类用于求解超越概率的多维性能极限状态方程,包括联合性能极限状态方程,串联系统方程和并联系统方程。将隶属函数取作降半梯形分布,将极限状态方程转化基于模糊可靠性的等效极限状态方程,利用蒙特卡洛模拟法得到结构的破坏概率。将基于模糊可靠性的易损性分析结果与不考虑模糊可靠性的结果进行对比,研究表明:不考虑结构失效准则的模糊性会导致结构超越概率的分析结果偏大,低估结构的抗震能力;当采用联合性能极限状态方程时,对破坏等级较低的性能极限状可以不考虑模糊区间的范围对易损性的影响,对破坏等级较高的性能极限状态则需要考虑模糊区间对结果的影响。     

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density, FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明：随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。     

桩‑土相互作用下的桥梁高墩地震易损性复合参数分析∗

为更准确地预估桥梁高墩在地震作用下的损伤情况以及桩?土相互作用对高墩地震易损性的影响,以考虑高阶振型贡献的复合参数作为地震动强度参数,以综合位移延性比和弹塑性耗能差率的复合指标作为高墩的损伤指标,建立了墩柱、承台及桩?土结构体系模型,基于增量动力分析方法对上述体系进行非线性动力时程分析,绘制基于复合指标的桩?土相互作用下的桥梁高墩地震易损性曲线。结果表明：以所选复合参数作为指标进行地震易损性分析,可有效评估高墩抗震性能和损伤状态;考虑桩?土相互作用可更准确捕捉地震作用下结构损伤概率变化情况; 桩?土相互作用对较强地震动作用更为敏感。可为较高烈度地区的高墩桥梁抗震设计施工提供参考。     

基于网络效率的城市轨道交通网络震后性能评估∗

对于以地铁为主要组成部分的城市轨道交通系统,地震作用造成的车站、隧道等结构的损伤和破坏,会严重影响系统的交通运行功能。目前针对扰动事故场景下轨道交通网络性能的研究,主要集中于随机失效和蓄意攻击场景,缺乏地震场景下的相关研究。本文采用客流加权的网络效率指标,研究了不同地震作用下轨道交通网络的抗震性能。利用图论建模方法构建网络拓扑模型,基于车站、区间隧道等主体结构的地震易损性模型计算结构失效概率,采用 Monte Carlo 模拟方法抽样网络单元的震后状态,利用三类网络效率指标(拓扑网络效率、站点流量加权网络效率和网络服务效率)评价网络的震后性能。以北京市轨道交通网络为例,比较了不同地震作用场景下的网络性能指标,选择站点流量加权网络效率指标表示网络震后性能;计算不同 PGA 下的网络性能损失,拟合得到了案例轨道交通网络地震易损性模型,便于案例网络震后性能的快速评估。     

巨-子结构控制体系地震易损性分析

提出了一种基于性能的巨-子结构控制体系的地震易损性分析方法。定义了巨-子结构控制体系的4个极限状态,提出了基于巨-子结构控制体系极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。通过考虑近场与远场地震动的不确定性,采用增量动力分析(IDA)对比分析了传统巨-子结构抗震体系和巨-子结构控制体系在近、远场地震作用下的地震易损性,并得到了两者的易损性曲线,给出了巨-子结构控制体系的破坏概率。所得结果可供地震灾害的巨-子结构控制体系损伤评估参考。