地震持时和安全阈值对结构抗震可靠度的影响研究*

为深入掌握结构在地震作用下的可靠性,研究地震激励时间及安全界限对结构抗震可靠性的影响。基于Matlab,首先对结构在高斯过滤白噪声地震动模型(Kanai-Tajimi谱)激励下的随机响应进行了分析,然后分别采用泊松过程法、马尔科夫过程法、瑞利极值分布法对结构随机响应过程超越安全界限的概率进行了计算,三者结果基本接近,较可靠地反映出结构动力可靠度变化规律。结果表明,结构动力可靠度随激励时间的增长而下降,当安全界限大于某确定值时,动力可靠度与激励时间的关系接近于线性,当安全界限小于该值时,动力可靠度与激励时间呈二次非线性关系;结构动力可靠度随安全界限增大而增大,激励时间越长,动力可靠度与安全界限关系曲线越陡,激励时间越短,动力可靠度与安全界限关系曲线越平缓。     

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。     

多点激励下结构抗震可靠度分析的反应谱方法

既有的多点激励反应谱方法均只能给出结构地震峰值反应的均值,而不能给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的结构抗震可靠性分析。本文首先介绍了一种多点激励下结构随机地震反应分析的简化反应谱方法,在此基础上,发展了基于多点激励反应谱理论的结构抗震可靠度计算方法。以一两绔连续梁为例,通过Monte Carlo模拟对这一方法进行了验证。计算结果表明,本文建议的可靠度分析方法具有良好的精度。     

基于反应谱法的多点激励下桥梁结构抗震可靠性分析

基于随机振动理论,利用多点非一致地震力激励理论方法,分析了大跨度桥梁结构的抗震可靠度反应谱计算方法,并且给出结构峰值反应的均值、标准差计算公式,克服了既有设计方法不能给出标准差而无法直接进行可靠性分析的缺点,并利用简化后的复杂参数分析方法,在保证数据准确性的同时提高了计算效率。最后,以一刚构桥为例,对多点激励下桥梁结构抗震可靠度反应谱法加以计算,并与一致激励下的结果相比较,从而说明本文方法的可靠性。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

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。     

建筑结构活荷载标准与灾害荷载设防水平 --使用年限的影响

旨在提供不同使用年限建筑结构对应的活荷载水平.分析了结构可靠度理论的特点,揭示了设计使用年限是结构可靠度的时间特征.应根据不同设计使用年限活荷载的超越概率等于常规设计荷载超越概率的原则确定活荷的载标准;通过建立不同设计使用期、不同设计基准期与活荷载取值的关系,给出了不同使用年限对应活荷载与灾害荷载设防水平.     

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析∗

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3 种在不同位置布设人字形BRB 的加固方案。根据随机地震作用下BRB 加固既有结构的动力可靠度来确定3 种方案中的较优者。同时,依次用V 字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB 布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明：本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB 的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。     

含TLCD超高层建筑风振舒适度及其生命周期费用分析

超高层建筑高、柔,风振影响显著,工程中常需配置调频液柱阻尼器(TLCD)以减小振动、提高人居舒适度。针对在强风作用下TLCD可能存在液体运动撞击容器顶部或液面低于水平段等失效问题,进行了TLCD的抗风可靠度研究,并对超高层建筑结构-TLCD体系的生命周期费用进行了分析。采用虚拟激励法计算结构-TLCD体系在脉动风荷载下的随机风振响应;基于随机振动的首次超越破坏准则,研究结构-TLCD体系在不同风速风载下的动力可靠度;分析结构-TLCD体系的风振舒适度生命周期费用;依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑结构的TLCD安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。     

基于随机化Pushover的结构整体抗震可靠度参数分析

为了研究使用随机化Pushover方法进行RC框架结构整体抗震可靠度计算过程中相关参数的适应性,使用Matlab调用SAP2000编制出基于随机化Pushover的结构整体抗震可靠度程序,以一榀11层RC框架结构为例,通过该程序统计出不同参数下结构最大层间位移角的分布情况及整体失效概率,并以大样本实际地震波进行时程分析所统计出的相应结果为基准进行对比。结果表明,在常规参数设置下随机化Pushover方法统计出的最大层间位移角分布情况和结构整体失效概率与大样本时程分析结果有较大差异,然后提出了一种修正方式,有效地减小了两者的差异,并以某算例验证了该修正方式的适用性。     

基于IDA的西安站改东配楼结构地震易损性分析∗

为评估复杂连体结构在地震作用下的抗震性能,通过增量动力分析法对结构整体的抗震性能进行易损性分析。分别将最大层间位移角,扭转角和损伤参数作为 DM 值,获取结构易损性曲线,根据超越概率密度函数得到了各部件和整体结构的易损性矩阵。结果表明：在不同工况的 PGA 输入下,连体结构各部分均能满足抗震规范所规定的 8 度罕遇地震的要求,大跨桁架始终满足抗震性能要求;随着整体结构破坏程度的不断加大,角钢预埋件的破坏随着大跨桁架在强震作用下扭转的增大而逐渐增大,各水准的超越概率均大于其它部分的超越概率,因而大跨桁架支座端的角钢预埋件 1 和 2 是决定连体结构整体抗震性能的关键。     

洪水冲刷和地震联合作用下砌体结构的失效风险评估∗

基于风险理论,提出一种用概率方法来考虑洪水和地震作用下砌体结构的失效风险评估方法。根据村镇建筑结构在灾害作用下的性能要求,量化结构的性能指标,分析村镇建筑结构在洪水冲刷和地震联合作用下的易损性,综合考虑洪水冲刷、地震的灾害危险性和结构易损性,通过易损性函数与联合灾害概率密度函数在灾害域上积分,获得结构在不同破坏状态下的超越概率,引入损失比和结构累计失效概率,进而获得全性能状态下的可靠度指标,并与目标可靠度指标对比,进行结构性能评估。算例展示了本文方法的建立过程,结果表明：冲刷对结构轻微破坏和中度破坏的易损性影响较小,对严重破坏和倒塌状态的易损性影响较大;洪水冲刷对结构抗震性能具有较大的影响,相比于仅考虑地震作用下,同时考虑洪水冲刷和地震联合作用时,结构各种破坏状态下的失效概率均有所增加,且随着破坏程度的加剧,冲刷对结构失效概率的影响越来越大。     

钢筋混凝土框架房屋不同破坏状态的抗震可靠度分析

本文通过对钢筋混凝土构件和结构模型试验结果的统计分析,给出钢筋混凝土框架房屋轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌的变形指标和相应的概率统计参数。用改进的随机反应谱方法分析了地震作用下不同破坏状态的抗震可靠度。     

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。     

大跨度斜拉桥主梁颤振动力可靠性分析

针对大跨度斜拉桥主梁易发生颤振失稳的问题，基于现有的桥梁颤振分析及结构可靠性理论，将主梁颤振临界风速视为结构抗力变量，以主梁处随机风速为荷载变量建立了桥梁颤振动力可靠性分析的极限状态方程，并采用JC法对天津某桥主梁颤振可靠性进行了分析，得到了颤振失效概率，并得出了竖向刚度是影响颤振可靠度的一个关键指标的结论。     

生命线工程网络抗震拓扑优化研究

介绍了基于连通可靠度分析的生命线工程网络和基于功能可靠度分析的供水管网抗震拓扑优化分析方法。以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,抗震连通可靠度为约束,建立了基于连通可靠度分析的生命线工程网络抗震拓扑优化模型。对于这样一个组合优化问题,采用现代优化算法-遗传算法来进行求解可以获得造价低且满足管网抗震可靠度要求的最优网络。改用抗震功能可靠度为约束,可以建立基于功能可靠度分析的供水管网的抗震拓扑优化模型,这一问题可以采用模拟退火算法来进行求解,实例分析表明模拟退火算法具有很好的效果。最后,利用模拟退火算法,对四川省都江堰市、绵竹市和德阳市供水管网进行了抗震拓扑优化改造分析,给出了三个城市供水管网的恢复重建方案。     

高层建筑的顺风向风振响应分析及舒适度研究

根据性能设计的要求,高层建筑的抗风设计需要考虑人员舒适性要求。本文提出了用于结构顺风向风振响应分析的广义脉冲响应函数法,用来计算随机激励和结构响应之间的传递函数,这样就可以计算高层建筑结构在风荷载作用下的动力响应特性,并用动力可靠度计算结构在脉动风荷载作用下的舒适度失效概率。     

考虑结构极限状态随机性的多维易损性分析

本文同时考虑结构在地震激励下响应的随机性和极限状态的随机性,将概率-凸集混合模型应用于结构的多维易损性分析。以最大层间位移、最大层加速度作为反映结构性能和非结构性能的两种工程需求参数,并视为符合对数正态分布的随机变量,两种需求参数的阈值被视为非概率凸集变量,分别建立阈值的椭球模型和区间模型,建立同时包含凸集变量和概率变量的二维联合性能极限状态方程;根据凸集模型和概率模型之间的相容性,提出一种混合模型下基于克里金模型的蒙特卡洛法用于求解超越概率的上、下界,得到反映超越概率区间的易损性曲线。研究表明:区间模型建立的易损性曲线较为保守;在罕遇地震作用下,不考虑阈值随机性会会低估结构的抗震能力。     

基于高维Gumbel Copula参数拟合估计的大型相依失效生命线网络地震动力可靠度计算

城市生命线网络的地震动力可靠度是生命线工程地震风险和抗震韧性评估的重要指标。城市生命线网络地震动力可靠度的计算方法包括以蒙特卡洛方法为代表的模拟方法和以推广的递推分解算法为代表的非模拟方法,因为后者能够给出生命线网络的主要失效模式,因而它比模拟方法更为先进。但是,由于存在高维Gumbel Copula参数无法估计的问题,目前推广的递推分解算法还不能计算大型生命线网络（组成生命线网络系统的结构或设备数目大于60）的地震动力可靠度。为解决这个问题,提出了高维Gumbel Copula参数的拟合估计公式,将其嵌入推广的递推分解算法,形成了大型生命线网络地震动力可靠度的计算方法。某实际220 kV变电站设备网络地震动力可靠度的计算和分析,说明了此方法的使用过程、适用范围和有效性。     

随机结构地震作用下的可靠度计算方法

提出了Gauss-legendre积分与Edgeworth级数相结合求解随机结构在确定性地震激励下结构响应的统计矩与动力可靠度。通过对一典型工程结构算例进行分析,仿真结果表明:Gauss-legendre积分计算地震作用下随机结构响应的可靠度具有较高的精度,在维数不超过4维时具有较高的计算效率;通过Gauss-legendre积分结合Edgeworth级数的方法,求解地震作用下随机结构计算简便,只需简单计算即可得到接近Monte-Carlo计算的精度,而且计算效率较高,适用于多变量实际工程结构的可靠度分析。