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。     

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。     

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。     

近海高速铁路桥梁时变地震易损性分析∗

为研究近海环境下耐久性损伤对高速铁路桥梁地震易损性的影响,通过建立高速铁路多跨刚构桥 OpenS? EES 非线性有限元模型,考虑近海环境下高速铁路桥梁服役年限内钢筋锈蚀及其与混凝土黏结滑移性能退化,基于 IDA 方法进行非线性时程分析,确定桥梁各构件损伤指标并建立其时变地震易损性曲线;基于二阶界限法,考虑各构件相关性,进行高速铁路桥梁系统时变地震易损性分析。结果表明：全寿命周期内,近海高速铁路桥梁系统时变地震易损性随服役年限延长而增大,轻微损伤的超越概率随服役时间变化明显;随着损伤加剧,各状态的超越概率随服役时间延长变化减小;以服役 100 年为例,高速铁路桥梁系统在 8 度罕遇地震作用下发生轻微损伤、中等损伤 、严重损伤及完全破坏的超越概率分别为 97.5%、91.6%、21.5%、1.4%,分别比新建时增大了 5.3%、15.1%、 11.1%、1%。     

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。     

震后火作用下多层钢框架基于火灾荷载密度的易损性分析∗

与地震易损性相比 ,结构震后火的易损性研究尚未深入 。 以三层三跨平面钢框架为研究对象 ,采用 ABAQUS 进行建模,选取火灾荷载密度作为火灾强度指标,同时将耐火极限作为破坏状态指标,采取拉丁超立方法生成了 50 个结构样本,对钢框架进行震后火作用下耐火极限分析和易损性分析,并给出了不同损伤程度的四种破坏状态。研究结果表明：震后火作用下钢框架失效概率随火灾荷载密度的升高而增加;当火灾荷载密度达到最大值时,大震下钢框架发生轻微破坏、中等破坏和严重破坏的概率较高,出现倒塌破坏的概率相对较低;对比三水准地震设防烈度下火灾易损性曲线,随着地震烈度的升高,钢框架发生严重破坏和倒塌破坏的概率也随之增大。     

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。     

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。     

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。     

深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析∗

旨在研究高地应力、高压富水条件下深埋岩溶隧道掌子面突水灾害的可靠性问题。基于已有研究成果,考虑高地应力以及高压富水地质条件,采用极限分析上限法构建了以剪切破坏为主的深埋岩溶隧道掌子面三维防突机制。根据虚功率原理建立突水破坏过程中的能量方程,利用Hoek-Brown 强度准则求解了高地应力以及高压富水条件下防止掌子面突水所需要的支护力上限解。在极限破坏状态下,根据掌子面上施加的支护力与突水破坏时的围岩压力构建极限状态方程,建立了深埋岩溶隧道掌子面防突可靠度模型,并采用响应面法计算了掌子面发生突水灾害的失效概率。分析了水平地应力、溶腔水压力、岩体强度参数以及隧道洞径对支护力、潜在破坏长度的影响规律,给出了满足不同容许失效概率下深埋岩溶隧道预防突水灾害所需要的最小支护力以及在有限支护效应下能抵抗的最大破坏长度。将研究成果应用于实际工程案例中,与已有研究、现场结果相比较,验证了本文计算结果的有效性,可为今后类似深埋岩溶隧道的防突问题提供理论指导和参考。     

考虑钢筋腐蚀的近海隔震桥梁地震易损性分析

基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程开展了研究,进而建立了钢筋直径及屈服强度的退化模型。为了研究氯离子侵蚀对隔震桥梁抗震性能的影响,选取我国某一长期处于海洋潮汐环境中受氯离子腐蚀影响显著的近海隔震桥梁为算例,基于Open Sees平台分别建立了不考虑和考虑钢筋腐蚀的全桥有限元模型,然后选取15条合适的地震波进行了IDA分析,并根据构件需求能力比建立了板式橡胶支座和桥墩在不同破坏状态下的易损性曲线,最终基于概率论知识完成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座比桥墩更容易发生破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;考虑钢筋腐蚀后,全桥地震易损性增强,说明在氯离子侵蚀环境下,钢筋的腐蚀问题不可忽略。     

基于Monte Carlo抽样的近海隔震桥梁地震易损性分析

通过选取我国近海某一隔震桥梁为算例,引入氯离子侵蚀的影响,考虑桥台、板式橡胶支座、桥墩等构件损伤,提出了考虑各构件地震需求相关的全桥系统易损性计算方法。首先对混凝土结构中钢筋锈蚀机理及过程展开了研宄,建立了钢筋屈服强度及直径的退化公式;其次考虑了地震动和结构的不确定性,最终分别基于一阶可靠度理论和Monte Carlo抽样形成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座最容易发生损伤破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;基于Monte Carlo抽样考虑各构件地震需求相关得到的全桥系统真实易损性曲线才能真正反映结构体系的实际抗震性能。     

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。     

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。     

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。     

考虑地震动频谱成分的高层结构易损性初步研究

历次震害表明,地震动的频谱特征与高层建筑的破坏程度密切相关。但在此前的高层建筑易损性曲线的相关研究中,并没有考虑地震动频谱特征对于易损性曲线的影响。为建立考虑频谱特征的易损性曲线,在分析已有震害案例的基础上,计算分析了两栋实际高层结构在695种工况下的时程反应,利用多因素方差分析和联合分析定量分析了地震动特征周期对高层建筑破坏的影响,并初步建立了层数约为20层的高层结构考虑地震动特征周期的结构易损性曲线,为其他高层结构易损性研究提供参考。     

带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构地震损伤评估

为了评估目前广泛研究的新型带有耗能连梁的剪力墙结构损伤程度,提出了一种适用于该结构的损伤模型,并通过低周反复试验结果对损伤模型进行验证。提出了该结构的地震性能等级及相应的损伤指数范围,并通过地震作用的增量动力分析得到该结构的易损性曲线,对该结构进行地震损伤评估。结果表明:提出的损伤模型能较好描述带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构的损伤发展,地震性能等级及相应的损伤指数范围能较好反映该种结构的破坏等级,得到的易损性曲线能较为有效评估该种结构的损伤程度,为基于性能的新型带有耗能连梁的剪力墙结构的抗震设计及损伤评估提供了参考。     

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。     

基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取∗

旨在研究基于增量动力分析(IDA)方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于 ABAQUS/Standard 软件平台,建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型,选取了 44 条远程地震动加速度时程曲线为基准库,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA 为地震动强度指标,绘制了 IDA 曲线簇并计算得到了不同工况的 50% 分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本规模会显著影响地下结构基于 IDA 方法的地震易损性分析结果,随着评估性能水准等级的提升,地震动记录所带来的影响会越大。研究表明,基于 IDA 方法的地下结构地震易损性分析应不少于 12 条地震动记录,最佳输入地震动记录条数为 28 条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。     

基于能力曲线的燃气系统地震脆弱性评估方法

为了定量评估燃气系统在地震中的脆弱性水平,基于能力——需求谱方法建立了燃气系统地震脆弱性评估方法。评估方法从地震潜在危险性分析、结构抗震能力、需求谱与脆弱性曲线建立以及破坏状态预测等四方面着手研究。基于上述模型与方法,研究了地震动作用下燃气系统最大承载能力、破坏等级及概率。最后以某天然气压缩站主体建筑为例,建立了反映场地地震潜在危险性的地震反应谱,构建了用于确定性能点的抗震能力——需求谱,并基于FEMA 273绘制了不同破坏等级的脆弱性曲线,定量分析了该压缩站遭受破坏等级和概率。