基于结构可靠度的PBSD抗震设防标准研究

为实现抗震性能设计（performance—based seismic design,PBSD）的多级水准多目标设防,首先,依据结构可靠指标与验算点对应关系,推导出了基本变量的超越概率与目标可靠度、极限状态灵敏度系数的关系,完善了“等超概率原则”;其次,应用地震危险性分析、抗震目标可靠指标和“等超概率原则”,提出应用“多级设计可靠度”实现PBSD对不同重要性建筑、不同设计基准期的多级水准设防;最后,结合我国现行抗震设计规范,给出了基于结构可靠度的PBSD抗震设防标准实用表格和公式。     

多球面滑动摩擦隔震支座的设计原理和理论模型

介绍一种用于桥梁抗震的多球面滑动摩擦隔震支座,分析这种支座的设计原理,阐明其构造特点,分析了其工作机理和滑动隔震过程,并由此建立了该隔震支座的力—位移关系恢复力模型。理论分析表明,该支座除具备完善的减隔震支座所要求的功能之外,还构造简单、隔震机理清楚、数学物理模型明确,能够满足实际应用中简单性的要求。此外,该支座在不同强度的外部激励下,可以表现出不同的阻尼和刚度。并且具备单独优化性能,即该支座可以基于多性能目标或多水准地震,对于给定的桥梁隔震系统的各个参数分别进行优化。这两种特性使得该支座适合多水准地震动作用下,基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

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。     

板式支座与铅芯支座连续梁桥振动台试验对比分析

通过对分别采用板式支座和铅芯支座的2座3跨连续梁桥模型进行振动台试验,对比分析了这2类桥梁的动力特性、破坏过程及2种支座对连续梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震波特性对桥梁结构的地震反应有较大影响,在对桥梁结构进行抗震设计时,需选择合理的地震动输入;在地震强度较小时,板式支座的滑动能够起到一定的隔震效果,铅芯支座的隔震性能能得到较好的发挥;在地震强度较大时,铅芯支座的隔震性能不能得到很好的发挥,采用铅芯支座的桥梁地震反应不一定小于普通桥梁;通过合理的设计,2类桥梁都完全可以实现大震不倒的设防目标。     

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。     

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。     

抗震性能设计的发展

现行建筑抗震设计规范是以保证人的生命安全为基本目标进行抗震设防的,即在小震和中等强度地震作用下控制结构的损伤发展,而在罕遇地震作用下防止结构倒塌.然而,据此设计的建筑由地震所造成的使用功能丧失而震后恢复重建所需费用或所花费的时间可能大大超过社会和业主所能承受的限度.因此,未来建筑在多级水准设防地震下的设计需达到多级性能水准已形成共识.基于性能的抗震设计将发展形成未来抗震设计规范.综述了基于性能的抗震设计的最新发展状况,提出了它存在的问题及进一步发展的趋势.     

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。     

关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论

对与工程抗震设防标准有关的几个问题进行了讨论。分析了多级设防目标中存在的一些问题,建议以结构抗震目标可靠度作为设防参数;讨论了影响结构目标可靠度的因素,建议通过对工程结构进行“投资——效益”分析制定结构最佳的抗震设防标准。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

水电工程抗震设防概率水准和地震作用概率模型

本文基于我国已有的二十余个重大水利水电工程场地地震危险性分析的结果,运用概率分析方法探讨了水电工程抗震设防的概率水准和地震作用的概率模型,以便为正在修订中的《水工建筑物抗震设计规范》提供依据。     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.     

基于子结构频率匹配机制的城市综合体高层结构分层隔震性能研究∗

为实现城市综合体高层结构"可恢复功能"防震目标,建立了综合体高层结构分层隔震体系,以应对裙房-塔楼结合部刚度突变对整体结构动力特性的不利影响,缓解(超)高层塔楼因高宽比过大导致隔震应用受限的问题。基于振型参数分析假定裙房部分侧移形状函数,在此基础上建立整体系统简化动力学模型,通过求解频率响应传递函数,建立子结构间频率匹配关系,调整各子结构频率以优化整体结构动力特性,开展有限元分析验证综合体高层结构分层隔震机制。结果表明:与抗震及单层隔震相比,双层隔震能更有效地控制结构地震响应,基于子结构间频率匹配关系可优化结构整体地震动特性,因此,分层隔震体系是一种适用于复杂、高耸结构的有效防震手段。     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

钢筋混凝土框架结构延性折减系数能力分析

结构延性折减系数反映了结构非弹性变形能力的大小,它是基于承载力抗震设计中确定的设计地震力的关键因素,也是基于性能抗震设计中确定的等延性非弹性反应谱的主要依据。考虑不同设防烈度、不同层数,严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证。通过比较弹性与非弹性体系在同一强度地震动作用下的反应,得到了按现行抗震规范所设计的结构延性折减系数能力值的取值及其变化规律。结果表明,采用结构延性折减系数能力值,可以定量评定结构在强震作用下的非弹性耗能能力。按我国现行抗震规范设计的6、7、8度的RC框架结构,结构延性折减系数能力值的最小值分别为3.7、3.5、3.2。     

近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明：当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。     

抗震设计中应用地震危险性分析结果的探讨

文中针对地震危险性分析结果给出不同概率水准地震动参数的特点,提出最优设防标准的定义,并以此选取合理的地震动参数。根据考虑同等烈度震中距的概率分布建立其与常规抗震设计的联系,最后以一具体算例加以说明。     

高烈度地震区大跨长联连续梁桥抗震分析及性能评价

以某高速公路上一座跨度为(55+4×90+55)m典型长联连续梁桥为工程背景,采用有限元软件建立其动力分析模型,分析了该桥的动力特性。在100 a超越概率63%和50 a超越概率2.5%两种地震水平作用下,采用反应谱法和时程分析法对桥梁结构进行了地震响应分析,并结合桥墩验算截面的弯矩一曲率关系曲线,评估了该桥的抗震性能。分析结果表明,在E1、E2两种概率地震作用下,桥梁结构处于弹性工作状态,满足下部结构弹性设计的设防目标。研究结果可以指导同类桥梁的抗震设计。     

功能可控型减隔震支座的研发与性能分析∗

为提升梁式桥的抗震性能,实现桥梁结构在地震作用下力学行为的可控性,基于减隔震设计原理,研发了一种功能可控型减隔震支座。通过数值模拟和模型试验研究了该支座的力学行为,结果表明:支座的滑动性能良好,摩擦行为稳定;剪力销力学行为可控,断后摩擦行为正常;环形钢阻尼元件滞回曲线饱满,耗能能力强;可控型支座整体力学行为稳定可控。最后以某3跨桥梁为例分析了可控型支座的减隔震效果,结果表明:合理选用可控型支座可以实现结构在地震作用下力学行为的可控性,使结构响应在力和位移之间取得较好的平衡,从而达到避免桥墩损伤破坏、防止落梁的目的。     

核电站结构隔震研究

建立了核电站CPR1000堆型反应堆厂房的混合分析模型,上部结构采用集中质点—梁单元,下部筏基采用三维实体单元模拟。完成了对典型核电站结构的基础隔震设计,隔震层设置在筏板基础底面,采用铅芯橡胶支座,支座长期面压控制在5 MPa;比较了隔震前后反应堆厂房的动力特性;基于时程分析法,研究了隔震效果,建立了结构内部设备楼层的楼层反应谱;对隔震前后结构水平向和竖向的楼层反应谱进行了对比分析。结果表明,对于核电站结构采用混合分析模型兼有较高的计算效率和精度;隔震后可明显降低结构的地震反应和楼层反应谱,大大提高结构的抗震安全性。