基于FORM的斜拉桥抗震可靠度分析

本文将静力可靠度分析的一次可靠度计算方法(FORM)推广到斜拉桥结构抗震可靠度分析,研究了某独塔斜拉桥的首次超越概率问题。根据FORM分析步骤首先将地震激励离散成一系列随机变量,然后在这些离散时间点由FORM分析求出设计验算点的激励,得到了不同离散时间点上的交叉速率,通过将不同时刻的交差速率积分获得首次超越概率的上界。计算结果表明,基于FORM的斜拉桥抗震可靠度方法计算首次超越问题是可行且有效的,在强震作用下该独塔斜拉桥结构具有较高的安全度。     

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。     

特征参数对单自由度结构随机临界地震响应影响的研究

结构物受地震作用的动力分析法可分为两大类,一类是确定性分析方法,另一类是概率性分析方法。随机临界地震响应分析法作为概率性分析法的一种,是指在地震激励均方值已知的条件下,找出使响应方差最大的临界地震激励。本文针对一单自由度水塔结构,在平稳高斯过程地震动输入下,运用随机地震响应分析法,求解了随机临界地震响应,并分析了控制临界地震激励的平均零穿越率的参数P、结构阻尼比、正交函数系的选择和项数等对体系随机临界地震响应的影响,得到一些有益的结论,对实际工程的运用具有一定的指导价值。     

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。     

基于高阶动力格式的基底隔震结构地震响应分析∗

隔震支座在强烈地震作用下将产生复杂的动力响应,精确掌握地震响应行为及其规律是研发高质量隔震支座和进行隔震结构设计的基础。在进行结构地震响应分析,特别是非线性分析时,采用传统逐步积分方法以及低阶格式建立起的动力时程分析方法都难以达到高精度,而采用传统高阶时间积分算法则会出现计算过程繁琐,工作量大等情况。本文采用一种基于高阶动力格式的显式时间积分新式算法,应用于基底隔震结构的地震响应分析中。首先通过自由度凝聚缩减原理,建立设置隔震支座钢筋混凝土框架结构简化计算模型;同时采用隔震支座恢复力双切线本构模型构建基底隔震体系运动方程,并转化为状态方程;进而基于微分求积（DQ）原理编制高阶动力格式算法求解状态方程;最后分析一高层基底隔震结构,在高、中、低不同频率地震波下地震响应,验证该方法适用性。结果表明,①利用静态凝聚技术建立隔震结构模型,从而构建地震响应状态方程,是高阶动力分析方法实施的基础。②结构高阶动力分析方法仅通过矩阵乘法运算即可获得结构动力响应,可较好且高效地用于解决非线性地震响应分析问题。③将结构高阶动力分析方法应用于基底隔震结构,能获得隔震结构较为精确的分析结果。     

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。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

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。     

大型储液罐的抗震性能分析及复合支座隔震研究

大型常压储液罐在地震作用下所受破坏将带来巨大的经济损失与次生灾害。为获取大型储液罐在地震作用下的响应并分析对其采取隔震措施后的效果,利用精细化有限元方法,建立了大型立式储液罐的模型,计算其振型,然后计算在不同储液量时,不同地震动作用下的储液罐地震响应,随后引入隔震支座,计算了隔震后的结构特性及地震响应,分析了隔震效率。结果表明,不同地震动作用下储液罐的地震反应有明显差异,随着储油量增加,其地震响应增大,满罐时的储液罐根部截面应力超过空罐时的2倍。利用铅芯橡胶隔震支座与滑动支座组合隔震后,能为结构带来较好的隔震效果,且随着储油量的增加,隔震效率随之增加,最大接近50%。     

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。     

基于监测数据和拟静力方法的海上风机地震动力响应分析∗

海上风机服役环境恶劣,我国大量海上风电项目紧邻东南沿海地震带和环太平洋地震带,地震活动频繁,严重威胁海上风机安全。我国近海地质条件复杂,既有深厚覆盖层软弱土海床,同时存在大范围浅覆盖层地质区域, 属于抗震不利工程地质条件,海上风机的地震响应是工程及学术界研究的热点。依托国内某风电场项目,利用地震激励下单桩基础风机监测数据和拟静力分析对海上风机地震动力响应进行了分析。首先利用数据驱动的随机子空间方法（Data?SSI）识别风机的频率、阻尼和振型;然后分析了风机不同测点加速度响应、频谱特性,同时采用小波变换,分析各测点响应的时频变化;最后采用拟静力计算方法,分析上部结构惯性力作用下,塔筒和单桩基础的响应情况,计算了上部结构惯性力作用下风机塔筒和基础的响应情况。结果表明,风机塔筒部分的最大加速度出现在塔筒中部,地震作用下风机体系的高阶模态可能更加显著;时频谱结果表明地震作用下,风机振动并非以一阶振型为主,风机顶端的频率变化比较复杂;风机水平变形及塔筒应力满足规范要求。分析结果可为评估海上风机安全提供参考,具有工程应用意义。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法(RSM)的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

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。     

震级积分步长和危险性曲线控制点对地震危险性分析的影响

实际工程的地震危险性概率分析结果表明,即使潜在震源参数和衰减规律等输入参数完全相同,仅因震级积分步长和地震危险性曲线控制点取值不同,就可导致计算结果的显著差异。对于根据衰减规律累加潜源dxdy子源面积计算地震危险性的软件,震级积分步长建议不大于0.05级。危险性曲线控制点的范围应足够大,控制点应该适当增加密度且按对数均匀取值,以保证跨几个数量级的不同周期、不同超越概率反应谱的相对精度。上述积分步长和控制点取值的差异属于主观不确定性,在工程问题的数值计算中普遍存在。此类不确定性影响的敏感性与软件编制的技巧有关,通过减小积分步长、加密控制点可将其影响减小乃至消除。对于特定软件,改变积分步长和控制点密度,对比试算结果,不难确定兼顾计算速度和精度的合理取值。     

带摩擦阻尼器底部框架砌体减震结构地震响应分析

研究底部框架砌体双功能减震结构在地震激励下的响应。该结构通过在底部框架设置摩擦阻尼器并在框架顶层与砌体底层之间增设隔震层,形成底部框架上部砌体的双功能减震结构。首先针对设置摩擦阻尼器耗能减震结构的地震反应振动方程求解,给出状态方程直接积分法,由此对结构进行地震激励下的响应分析,再与SAP2000软件分析结果进行对比,两者结果吻合较好。另外,采用强制解耦法进行相应计算,并与前述分析进行对比,结果表明强制解耦法对求解结构第一、二阶振型反应偏差较小,但对于求解高阶振型存在较大偏差,且强制解耦法高估了结构的减震效果。研究结果表明,这种新型减震结构具有良好的减震性能,采用状态方程直接积分法对该结构的分析具有较强的实用性。     

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。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义.以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法....     

高层建筑结构在地震和风作用下的可靠度分析

作者基于等效风谱理论，给出了高层建筑结构在风荷载作用下可靠度分析的方法。在给定层间位移允许值时，对高层建筑结构在使用期限内在地震和风作用下的可靠度进行了比较研究。本文还探讨了高层建筑结构在地震和风联合作用下的可靠度问题。     

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。     

地震作用下土⁃结构相互作用的简化时程分析∗

基于黏弹性边界和将场地地震反应转化为等效荷载的有限元直接法是目前进行土?结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。该方法具有严格的理论基础且计算精度较高,但在商业有限元软件中施加黏弹性边界和由场地反应确定的等效地震荷载时,需要使用者编制程序书写命令流文件。本文建议一种动力时程简化分析模型, 即计算模型侧边界采用滚轴或绑定边界、底边界强制自由场反应。首先基于一维等效线性化场地反应分析软件 EERA,明确了分别给定岩石地表记录、基岩记录和场地地表记录条件下,正确实现场地反应分析的做法,表明在相同地震下三种分析能够得到相同的场地反应结果;然后给出动力时程简化分析过程;最后通过一层两跨地铁车站的地震分析,表明该方法具有较高精度,满足工程需求。