基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测

提出了一种柔度曲率差变化率的损伤识别指标,通过试验验证指标的有效性,并应用于系杆拱桥算例损伤识别,进而预测其构件剩余寿命。利用系杆拱桥算例中吊杆、拱肋与横撑的多种损伤工况验证了新指标的有效性与抗噪性,基于所提损伤指标建立损伤评估函数并构造相应曲线,用于精确定量评估损伤程度,并采用损伤评估函数预测构件剩余寿命。结果表明,柔度曲率差变化率可有效用于系杆拱桥损伤评估且噪声鲁棒性好,运用结构不同阶段的有损模态信息构建损伤评估函数的方法可行、合理,所提寿命预测方法考虑了损伤非线性累积,意义明确。建议在使用该方法诊断下承式拱桥吊杆时,宜采用拱肋振型向量构建损伤指标,实桥试验时应将振型传感器置于拱肋处。     

考虑经验结构信息的RC框架剪切层模型建立方法∗

提出一种基于经验结构信息的 RC 框架剪切层模型建立方法,用于区域 RC 框架结构的地震损失快速评估。 针对 RC 框架结构确定结构构件尺寸和材料参数等基本设计参数及其经验取值范围,通过拉丁超立方体抽样方法考虑这些参数的随机组合与参数值的不确定性,生成框架结构的随机样本;在 RC 框架整体结构层面将框架层结构随机样本转化为多自由度集中质量剪切层模型,再通过非线性动力分析得到结构地震响应数据;综合分析国内外规范对于结构损伤状态的定义与量化方法,结合地震响应数据对框架结构的地震损失进行评估。结果表明：①考虑结构设计参数经验取值建立的层结构模型,满足抗震设计规范要求,且符合实际结构特征,能够用于典型框架结构的快速建模;②在不同强度的地震激励下,框架结构模型的地震损失规律与震害经验基本一致,表明本文所提建模方法具有较高的模拟准确性。     

钢筋混凝土结构构件局部地震损伤多尺度监测方法

提出一种结构局部地震损伤过程的多尺度监测方法。首先,在混凝土材料尺度上,针对混凝土材料细观随机性影响问题,基于压电智能骨料进行混凝土压应力监测,通过试验方法建立了混凝土损伤全过程中压电智能骨料应力与混凝土宏观应力的概率统计关系;其次,在截面尺度上,基于MEMS倾角仪转动监测方法,提出混凝土压弯构件截面曲率的监测方法,并通过试验验证了该方法的可行性;最后,在构件尺度上,提出基于转动积分的层间变形监测方法并给出了转动监测位置的设计原理,通过构件试验验证了该监测方法的可靠性。     

基于改进损伤模型的RC框架地震易损性研究

目前的RC框架结构地震易损性分析大都采用理论分析法,建模过程忽略了土与上部结构的相互作用(SSI),同时广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理。本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种最大变形和滞回耗能非线性组合的改进双参数损伤模型,采用实验数据进行验证。并以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量两种单参数模型以及Park-Ang模型,牛荻涛模型和本文模型3种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线进行模型的对比分析和检验评估。     

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析∗

一次强震过后通常伴随有多次余震发生,多次地震作用下结构的震害往往比单独主震作用时更为严重。为探索主余震序列作用下砌体结构的累积损伤,对已开展的砌体结构振动台试验模型进行数值模拟,通过与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,采用真实的主余震地震动对原型结构进行弹塑性动力时程分析,以最大层间位移角、结构损伤耗能作为损伤指标,对比分析了主余震序列对结构累积损伤的影响。结果表明：结构损伤耗能对主余震序列作用下的累积损伤更敏感;结构损伤耗能受主震和余震强度的影响,其结构损伤耗能比与主震强度大致呈二次关系,与余震强度大致呈线性关系。     

基于IPOA的巨型组合框架结构震损快速预测模型研究∗

为实现巨型组合框架结构的地震损伤程度快速评估,提出了一种基于改进鹈鹕优化算法（IPOA）的多参数震损预测方法。设计了5 个不同参数的巨型组合框架结构模型,利用振动台试验和有限元软件进行非线性时程分析获取结构动态响应数据,并采用结构损伤指数量化评估结构的损伤程度。同时,引入K 均值聚类优化策略和惯性权重自适应优化策略改进传统的鹈鹕优化算法。基于振动台试验和有限元分析结果数据,比较了不同输入参数组合预测结构损伤的准确性,构建了能反映结构参数与结构损伤之间非线性关系的智能算法快速预测模型。最后,将模型预测结果与一缩尺比为1/15 的振动台试验模型结构损伤程度进行对比验证。结果表明：（1）改进鹈鹕优化算法模型的准确性和泛化能力均优于其他算法模型;（2）最大层间位移角与结构损伤相关性最高,增加影响结构损伤的输入参数可提高预测模型的准确度和泛化能力;（3）模型预测的结构损伤指数与试验结果相比误差均小于10%,预测结构损伤等级与试验结果一致,所提出的快速预测模型能高效准确地预测结构的损伤指标,为巨型组合框架结构震后损伤快速评估提供了一种新方法。     

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。     

基于Pushover方法的中小学砌体结构抗震性能评估

针对中小学砌体结构教学楼的受力特点,提出横墙和开洞纵墙的等代框架模型,分析了模型的抗弯、抗剪和轴向刚度计算方法;结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准,将砌体结构的性能水平划分为正常使用、中等破坏和生命安全三个阶段,并通过对大量砌体墙片试验数据的统计,得出其各性能水平对应的层间位移角限值。最后利用所提模型对一砌体结构教学楼进行Pushover分析,将其实际层间位移与所提性能指标进行比较,结果表明结构在不同地震水平下均满足预定的性能目标。     

土与结构接触特性对地下结构地震反应的影响研究

以大开地铁车站为工程背景,采用数值模拟方法,以中柱层间位移角为评价指标,在弹性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹塑性结构接触三种工况下分别计算接触面为绑定、接触面摩擦系数为0.2和0.4时的结构地震反应,同时考虑结构-土体的相对模量对接触特性的影响。提取峰值加速度时刻、峰值位移时刻和峰值速度时刻中结构变形程度最大的时刻,将接触面为摩擦设置时的中柱层间位移角与绑定连接条件下的层间位移角数值进行对比分析。结果表明:当材料力学特性不同时,接触特性对结构反应的影响程度也不同。改变结构的埋深,研究不同围岩约束能力下接触特性对地下结构地震反应的影响,结果表明浅埋时接触特性对地下结构地震反应影响程度较大,深埋时影响程度较小,且对于浅埋结构,峰值加速度时刻为结构地震反应最大时刻,对于深埋结构,峰值位移时刻为结构地震反应最大时刻。     

基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究∗

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析,以一跨越西安f4地裂缝的五层框架结构为研究对象,基于振动台试验和ABAQUS 有限元分析结果,进行了BP 神经网络模型的模型训练,选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标,采用加权系数法,开展了构件、楼层、结构三个层面的损伤预测分析,给出了不同地震作用下结构损伤程度评估。结果表明：地裂缝场地结构表现出明显上下盘效应,结构首层为薄弱层。BP 神经网络损伤预测值与有限元计算值在不同工况下均较为一致,其对于构件、层间、整体结构损伤指数预测最大误差分别为8.86%、5.66%、7.57%,该研究成果为跨越地裂缝结构的性能评估提供一种准确且高效的研究方法。     

钢骨超高强混凝土框架结构地震弹塑性分析

为验证现行相关规范(规程)是否适用于钢骨超高强混凝土结构,以钢骨超高强混凝土框架结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行地震弹塑性分析。以结构自振周期、顶点位移、基底剪力、层间位移角为评价指标,讨论了建筑高度、地震波作用方向、填充墙、混凝土强度等级对框架结构地震弹塑性的影响。结果表明:1随着框架结构建筑高度增加,结构自振周期增大,顶点位移增大,基底剪力最大值增大,层间位移角增大;2与Y向地震作用相比,X向地震作用下结构自振周期较小,顶点位移最大值较小,层间位移角最大值较小,基底剪力最大值比较接近;3增加填充墙后,自振周期减小,顶点位移最大值减小,基底剪力最大值增大,层间位移角最大值减小;4柱采用较低强度等级混凝土的框架结构,自振周期增大,顶点位移最大值增大,层间位移角最大值增大,基底剪力最大值比较接近;5框架模型层间位移角计算结果满足现行规范(规程)的限值要求。钢骨超高强混凝土框架结构设计可参考现行规范(规程)的要求进行。     

地震下RC空心墩弯‑剪数值模型及混合试验验证∗

地震作用下钢筋混凝土空心截面中高桥墩多发生弯剪破坏,而其弯剪耦合反应的数值模拟方法尚不完善。 针对当前弯剪串联模型中的剪切模型未考虑空心截面特征的问题,提出基于关键参数的剪切模型修正方法,并通过混合试验进行验证。分别从桥墩的剪跨比、混凝土开裂后剪切刚度、等效截面面积、桥墩有效高度与墩身混凝土斜裂缝倾角等参数入手,提出剪切模型关键参数的修正方法;基于修正的开裂剪切强度、开裂剪切位移、剪切极限承载力及其对应的剪切位移与剪切破坏位移,提出适用于空心桥墩剪切性能模拟的三折线型骨架曲线建立方法; 通过组合剪切模型与基于纤维单元的弯曲模型,建立空心墩弯剪耦合反应的数值模型;与一座空心高墩桥混合试验结果对比,其桥墩子结构的物理试验结果验证了数值模拟方法。分析表明：通过本文所提数值模拟方法得到的空心桥墩弯剪滞回曲线与真实地震加载路径下的试验曲线匹配良好,能够模拟空心墩在真实地震作用下的弯剪滞回行为。     

村镇建筑装配整体式配筋砌体结构的抗震性能研究

为解决村镇建筑抗震设防水平低和施工不规范等问题,以陕西关中地区的村镇建筑为研究对象,提出适用于村镇建筑的新型砌块型式及整体式配筋砌体结构。首先根据所提出砌块的材料特性,对比分析了新型装配整体式砌块墙体与传统砖砌块墙体的承载能力和刚度退化能力,发现新型砌块墙体的整体性好、刚度退化率小及变形能力强;其次对典型村镇装配整体式配筋砌体结构开展了非线性时程反应分析,并与普通砖砌体结构进行了对比,根据二者周期值、底部剪力、层间位移角和损伤值等计算结果可知,所提出的村镇装配整体式配筋砌体结构具有刚度及应力均匀、层间位移较小、损伤程度小、承载能力大等特点,具有良好的抗震性能,加之该类装配式砌体结构砌筑方式简便,有利于在村镇建筑中大力推广使用。     

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.     

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。     

基于结构多尺度分析的超大跨斜拉桥损伤定位方法研究

以苏通大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法,将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接,实现了超大跨斜拉桥的多尺度损伤分析。在此基础上,对模态曲率指标和模态应变能指标的损伤识别效果进行了对比分析。结果表明:采用子结构方法可以有效地实现钢箱梁局部构件损伤与整体结构响应的多尺度衔接,从而较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对超大跨斜拉桥动力特性的影响;无噪声情况下,模态曲率指标能正确识别所有损伤工况,而模态应变能指标则对部分损伤工况的识别效果较差;模态应变能指标的抗噪声能力总体上优于模态曲率指标。     

基于集成学习的结构地震动响应预测方法研究∗

为获取建筑结构在地震过程中的位移响应,解决结构主动控制中的时滞问题,使用集成学习方法预测结构位移响应。提出了一套适用于结构地震动响应预测的集成学习模型,使用不同的神经网络和损失函数组合作为基学习器,在此基础上使用全连接网络构建二级学习器,得到最终预测模型。模型使用双向地震动加速度和结构位移响应作为输入,预测短期的结构位移响应;结构位移响应可实现多步预测,进行动态化输出。将该框架应用于某钢框架结构,进行数值实验,结果表明,集成后的模型预测结果要优于单一模型的预测结果,所有模型都表现出预测误差随着预测时间的增加而增加的规律。模型的预测随着地震过程在同步进行,当模型预测值第一次达到某一阈值时,则将预测结果反馈到主动控制系统中,提前进行结构振动控制,而不必等待位移传感器采集到真实的响应数据,从而减小甚至避免主动控制中时滞问题的影响。     

地下连续墙连接方式对地铁车站结构地震反应的影响研究

目前地铁车站设计中地连墙与车站主体结构之间常采用复合墙与叠合墙两种连接方式,本文基于有限元方法,针对不同连接方式导致结构地震反应差异的问题,采用ABAQUS建立了土-地下连续墙-地铁车站静动力耦合有限元分析模型,分析了地连墙与主体结构连接方式对地铁车站层间位移角、侧移位移反应、动态损伤演化规律等结构地震反应的影响。研究表明:叠合墙地铁车站相对复合墙车站地震损伤整体上显著降低,且具有更好的抗侧移刚度,两种连接方式改变结构的薄弱位置,但两种连接方式中板的中间跨两端都是薄弱位置,应给予足够的重视。     

基于IDA的西藏典型单层砌体结构地震易损性研究

为了进一步研究西藏地区典型单层砌体结构的抗震性能,基于振动台试验数据和增量动力分析（IDA）对其进行了地震易损性研究。首先,建立了试验原型结构的有限元模型,并从动力特性、加速度反应和结构损伤等方面与振动台试验对比分析,验证了有限元模型的可靠性;其次,以地震动峰值加速度和最大层间位移角分别作为地震动强度参数和结构性能参数,对结构进行了增量动力分析;最后,以增量动力分析结果对结构进行了地震易损性分析,评估结构各损伤状态的超越概率。结果表明,该结构在4种极限状态所对应的峰值加速度分别为0.265、0.566 g、0.736 g、0.862 g,均大于IX度区的抗震设防要求,并且表现出较低的失效概率以及较好的抗倒塌性能,证明了该砌体结构的安全性,能满足规范中的抗震设防目标。     

基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析∗

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件 ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型（Dracker-Prager）模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮食-仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法 （IDA）,按照谱相容性原则选取 10 条地震动记录,分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数,进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明：（1）三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置,支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为 0.015、0.013、0.011 rad;（2）储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素; （3）三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标;（4）满仓工况筒仓 50 年超越倒塌极限状态的概率为 0.45%,小于 FEMA P750 中定义的 50 年倒塌风险的限值 1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。