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。     

考虑结构不确定性的框剪结构地震易损性分析

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照我国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果。研究表明:该类结构能够很好地满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据。     

多类型地震动作用下高层结构的易损性分析

以低频成分为主的长周期地震动容易引起中、长周期结构的破坏,针对这类特殊的地震动,现行抗震规范没有相应的条文,且有关单独考虑长周期地震动作用下结构动力响应的研究成果很少。以一个30层框架剪力墙高层结构为例,利用Perform-3D三维有限元软件进行建模,选取10条远场长周期地震动、10条近场长周期地震动以及10条普通地震动,将最大层间位移角作为工程需求参数,S_a(T₁,5%)作为地震强度指标。基于增量动力分析方法对该结构进行动力时程分析,并定义了4个结构性能水平,然后统计不同地震强度下的结构需求,获取地震易损性曲线,最终对比评价了三类地震动作用下结构的易损性。     

基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取∗

旨在研究基于增量动力分析(IDA)方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于 ABAQUS/Standard 软件平台,建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型,选取了 44 条远程地震动加速度时程曲线为基准库,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA 为地震动强度指标,绘制了 IDA 曲线簇并计算得到了不同工况的 50% 分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本规模会显著影响地下结构基于 IDA 方法的地震易损性分析结果,随着评估性能水准等级的提升,地震动记录所带来的影响会越大。研究表明,基于 IDA 方法的地下结构地震易损性分析应不少于 12 条地震动记录,最佳输入地震动记录条数为 28 条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。     

近场强震作用下城市桥梁结构灾害评价方法研究

桥梁是城市交通系统中抗震性能最差的节点,一旦遭受地震破坏会影响城市生存功能,可能导致城市局部或整体功能瘫痪,引发或加重次生灾害,降低了地震应急救援和震后恢复的速度和效果,是都市区震害情景构建中重点考虑的关键环节。根据唐山、海城、汶川地震等桥梁震害资料,对桥梁按场地土类型、建筑年代等分类,建立桥梁易损性曲线模型,并提出了适用于城市大量桥梁地震灾害状态快速评价方法,利用该方法评价了潜在近场强地震动作用下太原市区环城高速以内主干道路桥梁的震害。与以往的桥梁易损性模型对比结果表明,所提出的桥梁易损性模型可以更加准确地评价桥梁的震害。该方法可为城市桥梁的震前改造加固、震后快速恢复提供理论依据,也可为震后应急救援决策提供必要的支持。     

基于Monte Carlo抽样的近海隔震桥梁地震易损性分析

通过选取我国近海某一隔震桥梁为算例,引入氯离子侵蚀的影响,考虑桥台、板式橡胶支座、桥墩等构件损伤,提出了考虑各构件地震需求相关的全桥系统易损性计算方法。首先对混凝土结构中钢筋锈蚀机理及过程展开了研宄,建立了钢筋屈服强度及直径的退化公式;其次考虑了地震动和结构的不确定性,最终分别基于一阶可靠度理论和Monte Carlo抽样形成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座最容易发生损伤破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;基于Monte Carlo抽样考虑各构件地震需求相关得到的全桥系统真实易损性曲线才能真正反映结构体系的实际抗震性能。     

场地⁃隧道⁃地上建筑结构体系地震响应的振动台试验∗

在土体?结构体系动力响应研究中，输入地震动特性是必须考虑的关键因素。分别考虑地震动的频谱特性差异和速度脉冲特征，选取了两条不同类型的地震动加速度记录及一条人工合成地震动时程作为输入地震动，设计并开展了隧道与地上建筑结构体系模型的振动台试验，基于试验数据分析了地震动频谱与速度脉冲特性对隧道与地上建筑结构动力响应的影响。结果表明：场地?隧道?地上结构体系地震响应中，隧道与地上结构的相互作用效应显著，地上结构的存在对地下隧道地震响应的较高频响成分有更显著的影响；相互作用效应显著地受到场地输入地震动频谱特性的影响；输入地震动的速度脉冲特性对隧道响应的影响主要表现在较高频范围，而对地上结构响应的影响不只表现在较高频范围，对周期 1.0~2.0 的频率范围的响应也具有明显增大作用。     

四川地区抗弯钢框架结构基于性态的地震易损性分析

为研究四川地区抗弯钢框架结构在设防烈度提高情况下的地震易损性能,按上一代抗震规范设计了5层、10层、15层在四川地区建造的3个抗弯钢框架结构,考虑了钢材强度、弹性模量、层高及跨度等主要参数不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了3组40个抗弯钢框架结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的40条地震记录反映地震输入的不确定性,并分别同3组40个抗弯钢框架结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得3组40对抗弯钢框架结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的钢框架结构的性态水平,建立了以结构第1周期谱加速度SA表征的抗弯钢框架结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,评估了原地震水准及地震水准提高情况下钢框架结构的抗震性能。此外,还建立了对应于现行抗震规范规定的多遇及罕遇地震水准结构层间位移角限值水平下抗弯钢框架结构的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后震害预测提供参考。     

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。     

城市建筑物抗震能力评估方法

由于建筑物震害预测方法只能估计建筑物的破坏而不能评定建筑物的抗震能力,基于对城市建筑物潜在破坏的估计,提出了城市建筑物抗震能力的评估方法。影响城市建筑物抗震能力的因素包括城市所处的地震危险性环境和城市建筑物的易损性。为了考虑地震危险性因素,进行了以地面峰值加速度(PGA)为参数的地震危险性分析,提出了我国不同地震危险性特征分区的PGA概率密度函数;为了考虑建筑物的易损性因素,采用HAZUS-MH中的静力弹塑性分析(push-over anal-ysis)方法研究群体建筑物易损性。通过对这两个因素的研究,建立了城市建筑物抗震能力评估方法,提出的相对全概率抗震能力指数可以反映城市建筑物在其所在的地震危险性环境下所具有的抗震能力,而采用绝对全概率抗震能力指数能够比较不同建筑抗震能力的差异,再结合建筑物抗震能力评估标准,可确定抗震能力水平。以晋江市抽样建筑物抗震能力评估为例,结合震害经验,论证了该方法的有效性。     

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。     

考虑钢筋腐蚀的近海隔震桥梁地震易损性分析

基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程开展了研究,进而建立了钢筋直径及屈服强度的退化模型。为了研究氯离子侵蚀对隔震桥梁抗震性能的影响,选取我国某一长期处于海洋潮汐环境中受氯离子腐蚀影响显著的近海隔震桥梁为算例,基于Open Sees平台分别建立了不考虑和考虑钢筋腐蚀的全桥有限元模型,然后选取15条合适的地震波进行了IDA分析,并根据构件需求能力比建立了板式橡胶支座和桥墩在不同破坏状态下的易损性曲线,最终基于概率论知识完成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座比桥墩更容易发生破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;考虑钢筋腐蚀后,全桥地震易损性增强,说明在氯离子侵蚀环境下,钢筋的腐蚀问题不可忽略。     

基于IDA钢管混凝土桁架连续曲线桥抗震易损性分析

以一座最大墩高50m曲线钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用OpenSees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录对其进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。同时建立多个对比模型,分析墩跨比和曲线半径对桥梁易损性影响。结果表明:钢管格构桥墩高度差异不大时,和钢筋混凝土桥墩相邻的首个钢管格构桥墩震动响应较大;本桥墩和梁之间大量使用橡胶支座从而形成弹性连接和铰接的减震措施,可有效降低桥梁完全破坏概率;墩跨比增大将导致桥梁系统完全破坏损伤概率随之增大;随着曲线半径增大,损伤概率逐渐增大,曲线桥本身拱结构对顺桥向地震有一定抵抗作用。     

基于数值统计的浅埋地下结构地震动强度指标与抗震性能水平划分研究∗

现阶段地下结构易损性分析还处于初步研究阶段，以单层双跨的日本大开车站为原型，建立了土与单层地下结构动力相互作用的有限元模型。首先根据地震动的频率，选取地震动；再采用增量动力时程分析方法（IDA），给出了地下结构地震损伤状态的判定与定量划分方法，最后挑选出合适的地震强度指标（IM）。分析结果表明，基于 PGA（地表峰值加速度）/PGV（地表峰值速度）分类的地震动记录在 IDA 曲线上表现出显著的差异，地震动选取的合理性以及随机性是地下结构地震易损性曲线客观性的重要保证；峰值地面加速度（PGA）与场地土层顶底峰值相对位移（PSSRD）均可作为该类浅埋矩形地下结构地震易损性分析的有效且合适的地震动强度指标。基于场地的非线性地震反应特征，对于深埋地下结构的地震动强度指标还有待进一步研究。     

地下变电站地震易损性及可恢复性分析

为了合理评估地下变电站的地震易损性及可恢复性,以西安市张家堡地下变电站为工程背景,建立考虑土体-结构-电气设备动力相互作用的三维有限元计算模型。根据结构场地条件选取多组合理的地震动记录,分别以地面峰值加速度和剪力墙塑性位移角作为地震动参数和结构地震需求参数,通过增量动力分析得到结构的易损性曲线,并在此基础上对结构的可恢复性进行分析。研究结果表明,地下变电站在总体上拥有较好的抗震安全性和较为充足的抗震储备,但是当其处于严重破坏状态时,结构的剩余抗震能力不足,导致大震作用下结构的倒塌概率超出规范要求,因此有必要对结构的抗倒塌能力进行加强。     

混凝土大坝震害评估模型的研究及对黄河上游大坝的分析

利用前人所编的历代(共四代)地震烈度(地震动)区划图,组合叠加后得到一个综合烈度(地震动)。这种叠加是一个集成的专家系统综合认识结果,以此作为坝体可能遭受地震破坏危险的因素。初步研究建立了混凝土大坝震害评估模型,此模型是考虑了坝体的结构类型、建设年代、使用现状、场地条件、抗震设防水平等因素,用逐步线性拟合方法进行回归分析得到的。用此模型对汶川地震破坏的坝体进行了实例分析,分析结果比较符合实际。最后,用这个模型对黄河上游10座重点混凝土大坝做了震害评估分析。     

多层钢框架结构的区域震害模拟多自由度模型∗

传统的易损性分析方法难以满足城市区域震害预测的需求。基于非线性多自由度层模型和动力时程分析的城市抗震弹塑性分析方法近年来得到快速发展。为了进一步丰富区域震害模拟的可模拟结构类型,基于城市抗震弹塑性分析方法的流程框架,建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型。通过统计规范中的公式参数和文献中的钢框架推覆结果,对模型的周期、阻尼比、骨架线参数和滞回曲线参数进行了标定,并根据文献和美国 HAZUS 报告给出了多层钢框架结构的损伤判别准则。最后,分别使用文献中的试验结果和文献中设计实例的推覆分析结果对模型进行了验证。结果表明:(1)建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型并进行了参数标定,为区域震害模拟提供了可用模型;(2)对多层钢框架结构的损伤判别准则进行了标定,可以根据区域震害模拟结果评价其破坏状态;(3)在考虑骨架线参数不确定性的情况下,模型精度满足区域震害模拟的要求。     

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。     

非规则大跨刚构-连续组合桥地震易损性分析

以某西部山区薄壁大跨刚构-连续组合桥梁为研究对象,分析了非规则大跨刚构-连续组合桥梁纵、横向地震易损性。基于OpenSees平台,建立了其非线性纤维有限元模型。采用曲率作为墩柱损伤指标,位移作为活动盆式支座损伤指标,基于IDA方法分析了该桥在不同地震动下的动态响应,得到桥墩纵、横向地震动作用下的曲率包络图,分析了不同桥墩构造的破坏情况,建立了墩柱以及支座的易损性曲线,讨论了不同墩高对桥墩地震易损性的影响。结果表明:桥墩的纵向地震损伤概率大于横向损伤概率,且墩高越高损伤概率越小;支座横向地震损伤概率大于纵向损伤概率。其研究结果可为非规则刚构-连续组合桥梁的抗震设计提供参考和依据。     

长持时强震对电力基础设施的致灾影响

近年全球长持时强震频发,致灾效应十分明显。震害调查表明长持时强震下电力基础设施的易损性相较于常规级地震(Mw=5. 5～7. 5)更为严重,研究长持时强震下电力设施的震害特点和防震减灾措施具有重要意义。通过分析国内外典型实例,总结了长持时强震典型震害特征;通过与常规级地震中电力设施易损性比较,归纳了典型长持时强震中电力设备的致灾特性,结果表明:长持时强震的强剪应力作用、场地严重液化以及由此导致的地震动频谱特性改变是电力设施受损严重的重要原因。最后,基于长持时强震的致灾特性对电力设施的抗震设计提出建议,为长持时强震作用下的抗震可靠性和防灾减灾提供借鉴和参考。