钢管混凝土输电塔地震易损性研究∗

钢管混凝土输电塔,由于混凝土与钢管相互作用,使得其地震易损性不同于普通混凝土输电塔。为了对比研究它们的地震易损性区别,从材料本构模型层面考虑钢管与核心混凝土的相互作用,使用有限元软件OpenSees 建立钢管混凝土输电塔模型,对其进行结构响应分析,并进一步采用增量动力分析方法绘制输电塔在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震时的易损性曲线,定量分析出地震的第一周期谱加速度对于钢管混凝土输电塔失效概率的影响,同时与普通输电塔的地震易损性结果进行对比。研究结果表明：钢管混凝土输电塔在多遇、设防、罕遇、极罕遇地震作用下均不易发生严重破坏和倒塌,钢管混凝土输电塔出现倒塌时的Sa ( T1 ) 多位于1.0g~1.4g;随着地震强度的增加,钢管混凝土输电塔相较于普通输电塔的抗震性能更差。     

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。     

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。     

新型可恢复功能组合柱设计及其抗震性能研究

为实现框架结构震后性能的快速恢复，提出了一种有良好自复位能力且易于修复的新型可恢复功能组合柱。考虑钢绞线滑移及无粘结钢绞线的受力特征，采用OpenSees对柱抗震性能进行验证及参数分析。对不同设防烈度普通钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架、钢绞线混凝土框架及应用可恢复柱的可恢复框架进行静力推覆及地震荷载下的残余位移及最大位移响应分析，得出各框架层间最大位移与残余位移的关系，并对比分析各框架在不同地震强度下的可恢复性能。结果表明：钢绞线配置率对可恢复柱的抗震性能有重要影响；7度设防RC框架应用可恢复柱后，底层梁柱塑性铰发展大幅减轻，延迟了框架的破坏，且其承载能力与自复位能力均高于8度设防RC框架；在地震作用下可恢复框架的失效概率最低，可恢复性最高，且地震作用越大，其相对于普通RC框架可恢复性的提升越为明显。     

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。     

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。     

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density, FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明：随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型，用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明，计算结果较为精确，该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知，损伤方钢管混凝土框架结构加固后，具有较好的抗震性能。     

隔震与非隔震核岛辅助厂房易损性分析

针对基础隔震对核岛厂房抗震性能的作用评估问题,首次对核岛辅助厂房抗震性能指标的划分进行了探讨,建立了坚硬土场地下隔震和非隔震核岛厂房的数值模型;分别基于IDA和MSA方法得到的易损性曲线,根据该指标进行了隔震和非隔震结构的抗震易损性对比研究,论证了隔震措施可提高结构的抗倒塌安全储备。分析结果表明,两种方法得到的结果基本上一致,这证明了结果的合理性。隔震支座能明显降低核岛厂房的失效概率,降低幅度最大可达到23%,隔震厂房在大震下发生倒塌的概率要比非隔震厂房降低80%,安全储备系数提高了11%,并且混凝土失效概率对两种厂房整体失效概率起控制作用。     

近场地震作用下单跨斜交桥地震反应分析∗

斜交桥动力特性复杂、震害多样,准确评估斜交桥地震反应意义重大,尤其在基于性能桥梁抗震设计中,需要对斜交桥三维精细化模型进行非线性地震反应分析。以单跨斜交桥为研究对象,建立考虑桥台非线性特性和双向碰撞作用的桥梁三维精细化有限元模型,开展水平双向近场地震动作用下结构的非线性地震反应分析,研究不同桥台横向约束模型对斜交桥地震反应的影响以及不同斜交角度斜交桥地震反应规律。结果表明：桥台横向约束条件对斜交桥地震反应有较大影响,在抗震性能分析中需对桥台和碰撞作用进行合理考虑;桥台双向碰撞作用对上部结构平面转动的影响显著,且易导致桥台钝角处的回填土失效和锐角处的挡块损伤;斜交桥的碰撞力明显高于直桥,纵向位移和平面转角随斜交角度的增大而增大。     

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.     

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。     

基于网络效率的城市轨道交通网络震后性能评估∗

对于以地铁为主要组成部分的城市轨道交通系统,地震作用造成的车站、隧道等结构的损伤和破坏,会严重影响系统的交通运行功能。目前针对扰动事故场景下轨道交通网络性能的研究,主要集中于随机失效和蓄意攻击场景,缺乏地震场景下的相关研究。本文采用客流加权的网络效率指标,研究了不同地震作用下轨道交通网络的抗震性能。利用图论建模方法构建网络拓扑模型,基于车站、区间隧道等主体结构的地震易损性模型计算结构失效概率,采用 Monte Carlo 模拟方法抽样网络单元的震后状态,利用三类网络效率指标(拓扑网络效率、站点流量加权网络效率和网络服务效率)评价网络的震后性能。以北京市轨道交通网络为例,比较了不同地震作用场景下的网络性能指标,选择站点流量加权网络效率指标表示网络震后性能;计算不同 PGA 下的网络性能损失,拟合得到了案例轨道交通网络地震易损性模型,便于案例网络震后性能的快速评估。     

钢管混凝土柱-软钢消能元件组合高墩桥梁试设计∗

为显著提高强震区高墩桥梁结构的抗震性能,基于可恢复功能抗震设计原理,提出钢管混凝土柱?软钢消能元件组合箱形截面高墩桥梁的设计概念。以山区某常规RC箱形截面高墩连续刚构桥为工程背景,进行新型组合截面高墩桥梁试设计;分析了新型组合截面高墩桥梁在作用基本组合下的静力性能和地震组合下的抗震性能,并对比分析了其与常规RC箱形截面高墩桥梁在E2地震作用下的抗震性能。结果表明：①作用基本组合下,新型组合截面高墩桥梁能够很好地满足结构承载力和稳定性要求;②在E2地震作用下,常规RC箱形截面高墩桥梁出现中等程度的破坏,而新型组合截面高墩桥梁仅有可更换的软钢消能元件发生塑性变形,表明其具有地震可恢复性;③在E2地震作用下,新型组合截面高墩桥梁的地震位移反应明显小于常规RC箱形截面高墩桥梁的地震位移反应。     

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。     

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.     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。     

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。