变电站高压电气设备易损性研究

统计了汶川地震中121个110 k V及以上变电站的变压器、电压互感器、电流互感器、断路器、隔离开关、避雷器等6类高压电器设备在不同地震烈度下破坏比,采用正态分布函数及其累积函数拟合了各类高压电气设备基于烈度的破坏概率密度曲线和破坏概率曲线,从而形成各类高压电气设备的易损性曲线。统计结果表明:变电站的各类高压电气设备中,变压器最容易发生破坏,在烈度较低的6、7度区就有少量破坏,烈度为8度时发生破坏的概率密度最大;其它依次为断路器、避雷器、电压互感器、电流互感器、隔离开关,烈度为9度和9度强时破坏概率密度最大;电压互感器、电流互感器、隔离开关的破坏概率曲线非常接近。     

高压隔离开关地震灾害评估

震害表明,电力系统在地震时破坏严重.如何预测地震中电气设备的损伤风险,是生命线工程领域的重要课题.进行了高压隔离开关的地震灾害评估.采用具有柔性节点的有限元法建立设备的模型,用弹性时程分析法进行了设备的地震反应分析,在此基础上,采用强度破坏指标,计算了设备的地震破坏概率.以GW4-220高压隔离开关为例,进行了其地震灾害评估,绘制了震害率曲线,可用以预测该型号隔离开关的震害情况.     

基于电气设备震害评定地震烈度的研究

通过比较和综合归纳国内外地震中电气设备的典型震害,提出了电气设备的震害特点;基于国内强烈地震的震害数据,将变电站内的变压器及电瓷型电气设备的震害程度作为评定地震烈度的依据;在地震工程领域首次应用定性比较分析,获得了变压器及电瓷型电气设备的宏观震害与烈度之间非线性的、相互关联的条件组合,确定了各设备或主要构成部分在不同烈度下发生破坏的概率及组合。最后,分析了在地震烈度表中引入生命线系统评价指标的可行性,并依据电气设备的典型破坏特征和功能失效模式,给出了评定地震烈度的初步参考指标。     

基于损失统计的变电站地震经济损失评估方法

变电站包含各种室内外高压电气设备和房屋建筑,它们的抗震能力差异较大,因此地震发生后,变电站经济损失快速评估并不容易。将变电站资产分为室外高压电气设备、室内设备、房屋建筑3类设施,根据汶川地震中变电站的经济损失和资产调查资料,统计了3类设施在不同地震烈度下的损失比和35k V、110k V和220k V变电站3类资产的比例构成,据此给出了:(1)有变电站各类资产信息、(2)仅有总资产信息、(3)无任何资产信息3种情况的地震经济损失评估方法。试算结果表明,评估方法快速简单,具有较强的可操作性。所提评估方法为震后电力设施地震应急、损失估计和恢复重建提供参考。     

福州市区地震灾害损失预测研究

基于福州市区地震危险性分析、地震地质灾害区划、建筑物和生命线易损性分析及防震减灾信息管理系统,本文介绍了在设定地震、历史地震、盲估地震和实时地震等4种不同地震参数输入下福州市区可能遭遇的地震灾害损失预测成果,提出了依据地面数据精度和设施类型划分的大城市地震灾害损失预测城市核心区、城乡结合部和乡村三个层次方案,并在此基础上确定了地震灾害损失的预测评估单元,即在城市核心区,地震灾害的损失评估单元可以是建筑物、居委会或区;在城乡结合部,地震灾害的损失评估以居委会或区为单元;在乡村地震灾害损失评估以乡镇和自然村为单元。根据系统模块,本文预测了8度地震烈度下福州市区地震灾害的总损失及其空间分布,其中全市区人员死亡约123人,重伤约654人,无家可归者约417100人,直接经济损失156.1亿元,并分析了地震灾害损失空间分布不均匀性的主要原因。     

近场强震作用下城市桥梁结构灾害评价方法研究

桥梁是城市交通系统中抗震性能最差的节点,一旦遭受地震破坏会影响城市生存功能,可能导致城市局部或整体功能瘫痪,引发或加重次生灾害,降低了地震应急救援和震后恢复的速度和效果,是都市区震害情景构建中重点考虑的关键环节。根据唐山、海城、汶川地震等桥梁震害资料,对桥梁按场地土类型、建筑年代等分类,建立桥梁易损性曲线模型,并提出了适用于城市大量桥梁地震灾害状态快速评价方法,利用该方法评价了潜在近场强地震动作用下太原市区环城高速以内主干道路桥梁的震害。与以往的桥梁易损性模型对比结果表明,所提出的桥梁易损性模型可以更加准确地评价桥梁的震害。该方法可为城市桥梁的震前改造加固、震后快速恢复提供理论依据,也可为震后应急救援决策提供必要的支持。     

电力系统地震易损性研究

采用专家咨询方法研究了我国电力系统设施及功能的地震易损性,详细论述了所使用的方法及其步骤,给出了设施易损性和功能易损性的调查结果。数据的统计处理表明,这些结果可以用Logistic曲线得到很好的拟合。地震烈度的临界点出现在Ⅸ度与X度之间。本文的结果不但具有理论价值,而且具有应用价值。     

考虑地震动转动分量作用的砌体结构易损性分析∗

为考虑地震动转动分量对砌体结构地震响应和易损性的影响,基于 ABAQUS 有限元软件平台建立了村镇区域典型单层砌体结构有限元模型,选取层间位移角最大值作为性能指标来分析地震动转动分量对结构响应及易损性的影响;首先,选取三组典型地震动分别进行调幅,研究了结构在不同强度地震动平动和转动分量作用下的地震响应;其次,在 PEER 数据库选取 80 条地震动,研究了地震动转动分量对砌体结构地震易损性的影响,建立了地震易损性曲线。结果表明：（1）同时考虑地震动平动分量和转动分量作用时的结构层间位移角最大值比仅考虑地震动平动分量作用时有明显增大,随着 PGA 的增大,转动分量对结构的影响有增大的趋势;（2）由于地震动转动分量的作用,结构发生不同极限破坏状态时的超越概率均高于仅考虑平动分量作用的情况。该研究成果可为村镇砌体结构抗震设计与性能提升提供理论参考。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

地下变电站地震易损性及可恢复性分析

为了合理评估地下变电站的地震易损性及可恢复性,以西安市张家堡地下变电站为工程背景,建立考虑土体-结构-电气设备动力相互作用的三维有限元计算模型。根据结构场地条件选取多组合理的地震动记录,分别以地面峰值加速度和剪力墙塑性位移角作为地震动参数和结构地震需求参数,通过增量动力分析得到结构的易损性曲线,并在此基础上对结构的可恢复性进行分析。研究结果表明,地下变电站在总体上拥有较好的抗震安全性和较为充足的抗震储备,但是当其处于严重破坏状态时,结构的剩余抗震能力不足,导致大震作用下结构的倒塌概率超出规范要求,因此有必要对结构的抗倒塌能力进行加强。     

巨-子结构控制体系地震易损性分析

提出了一种基于性能的巨-子结构控制体系的地震易损性分析方法。定义了巨-子结构控制体系的4个极限状态,提出了基于巨-子结构控制体系极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。通过考虑近场与远场地震动的不确定性,采用增量动力分析(IDA)对比分析了传统巨-子结构抗震体系和巨-子结构控制体系在近、远场地震作用下的地震易损性,并得到了两者的易损性曲线,给出了巨-子结构控制体系的破坏概率。所得结果可供地震灾害的巨-子结构控制体系损伤评估参考。     

220kV变压器⁃套管体系抗震性能的数值模拟分析∗

为了进行高压变压器-套管体系抗震性能的数值模拟分析,并进行高压变压器-套管体系地震动模拟振动台试验方案的初步设计,针对OSSZ11-240 000/220 型变压器,采用ABAQUS 软件建立了变压器-套管体系的有限元分析模型,模拟了其自振特性和关键部位地震响应。在模拟结果的基础上,分析了变压器油箱顶板刚度对套管抗震性能的影响、套管根部的动力放大系数、以及套管地震响应的特点等。结果表明： ①变压器油箱顶板刚度较低会降低套管的自振频率,放大其地震响应,同时,油箱顶板上多个套管间的动力相互作用会改变其地震响应;②高压套管根部的动力放大系数最高达5.17,远大于规范推荐值;③缩尺模型与原模型模态和动力分析结果的对比验证了缩尺模型的合理性。建立的有限元方法可用于高压变压器—套管体系抗震性能的数值仿真分析、以及制定高压变压器—套管体系地震动模拟振动台试验的初步方案。     

云南普洱地区中学生认知与响应地震灾害特点的初步研究——以2007宁洱6.4级地震灾害为例

2007年云南宁洱6.4级地震发生4个月后,以该次地震不同烈度区内的4所中学的学生为调查对象,借助问卷调查的方式分析了当地中学生在认知与响应地震灾害方面的一些特点,得出了以下初步结论:年级越高的学生对地震灾害知识的掌握情况越好.地震烈度越高的地区,学生目前对地震灾害知识的认知程度越高,对问卷中震时和震后表现的回答越积极、合理.对地震灾害的认知和响应没有明显的性别差异,民族差异只在灾时自救互救行为方面较为明显.学生的认知程度与其响应行为具有较为显著的正相关性,即认知程度好则响应行为更加积极、合理.媒体和学校教育共同构成了当地学生认知地震灾害及学习基本减灾技能的两大主要途径.在此基础上提出了一些加强对该地区中学生进行针对性减灾教育的建议.     

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。     

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。     

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。     

基于IDA的重力坝三维系统抗震性能研究

为了研究在地震作用下混凝土重力坝的整体抗震性能,以我国西南地区200 m级的光照混凝土重力坝为例,建立了整体大坝的坝体-库水-地基系统三维有限元模型,基于增量动力分析法对该模型进行了地震响应分析及地震易损性分析。根据整体大坝模型的增量动力分析计算结果,分别提取了坝顶和底孔的位移进行IDA曲线、分位曲线以及地震易损性曲线的绘制。结果表明地震波的PGA在0. 2 g以下时,坝体出现破坏的概率很低; PGA为0. 3 g以下时,可满足坝体基本功能保障;PGA在0. 6 g以下时,能满足坝体基本安全保证。     

供水系统水池震害分析

为了了解供水系统中清水池及水处理池的抗震性能及震害特点,基于1975年海城地震、1976年唐山地震、1996年包头西地震和2008年汶川地震供水系统水池的震害资料,采用统计分析的方法,研究了水池的功能状态及地震破坏与地震烈度、结构形式、材料、场地土等因素之间的关系,初步给出了清水池和水处理池的地震易损性矩阵,并提出了提高水池抗震能力的对策建议。     

农村家庭认知与响应地震灾害的特点及其家庭际差异——以2007年云南宁洱6.4级地震灾区为例

以2007年云南宁洱6.4级地震灾区为例,通过现场访谈和问卷调查,分析了该地区农村家庭认知与响应地震灾害的特点及其家庭际的差异性。结果表明:当地农村家庭认知与响应地震灾害的水平尚不理想,综合防震减灾能力较弱;家庭对地震灾害知识和防震减灾技能的掌握程度,显著地影响着其在震时及震后的响应行为和态度,其中防震减灾技能的影响更显著;经济收入和教育背景不同的家庭,其地震灾害的认知水平和响应能力也呈现出明显的差异性,其中受教育程度的影响更明显,且可能是最根本的影响因素;家庭人口总数与家庭地震灾害认知与响应的综合能力呈显著的负相关关系,但这种影响也叠加了家庭经济文化因素的影响;对研究区而言,加强防震减灾实用技能和震时如何有效应对地震影响方面的教育,具有更重要的现实意义。     

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。