耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

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。     

近场地震作用下框架结构的损伤机理

首先讨论了近场地面运动的特征及各种抗震规范对近场地震的设防，然后采用非线性时程分析方法，对一个10层框架结构在近场地震作用下的响应特性进行了研究。同时对该框架结构进行了Pushover分析，通过与非线性时程分析结果进行对比，说明Pushover分析方法不能正确评估结构在近场地震作用下的抗震性能。     

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。     

粘滞阻尼支撑框架结构弹塑性时程分析

对阻尼支撑框架结构的弹塑性时程分析方法进行了探讨,给出了阻尼支撑的力学计算模型;对地震动的选用进行了分析,给出了地震动选取的初步建议。建立了两个三层的单榀粘滞阻尼支撑框架结构,利用IDARC 2D非线性分析软件进行了弹塑性时程分析,对框架弹塑性阶段的地震响应、塑性铰分布及结构损伤进行了对比研究,提出了阻尼支撑框架结构的设计要点,为实际工程提供设计依据。     

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IDA法与Pushover法的混凝土核心筒抗震性能对比分析

足够数量地震输入的增量动力分析方法(IDA方法)是目前最为真实和先进的模拟结构抗震性能手段,而静力推覆分析方法(Pushover Analysis方法)操作简单,更为实用,可以较好揭示结构从弹性到屈服直至倒塌过程中构件的工作状态。采用2种方法对钢筋混凝土核心筒算例进行评估,并作对比分析。结果表明,采用IDA方法得到的4个性能水平与Pushover方法得到的指标限值有一定误差,但均在一定范围之内,采用IDA方法得到顶点位移角限值偏大;采用单一侧力模式的Pushover方法无法完全体现高阶振型及地震动等因素的影响,造成Pushover方法分析结果与结构实际弹塑性地震响应有一定差异。     

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。     

高墩抗震性能评估的适用地震动强度参数研究

为了有效评估钢筋混凝土桥梁高墩的抗震性能,选取53条真实地震动记录建立地震记录库,并建立三个不同周期的钢筋混凝土桥墩模型,通过增量动力分析和统计分析的方法,得到各个模型的增量动力曲线以及标准差的正态分布和对数正态分布,同时绘制出三个模型的响应标准差和对数响应标准差随强度参数变化的曲线,研究考虑高阶振型作用的地震动强度参数作为评估钢筋混凝土桥墩抗震性能的地震动强度参数的适用性。研究结果表明,考虑高阶振型的地震动强度参数可以更有效地评估结高墩的抗震性能。     

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。     

基于E-μ模型的约束屈曲支撑结构抗震设计与评估方法∗

既有中心支撑钢框架结构采用约束屈曲支撑进行替换加固时,常需进行多次非线性时程分析,以获取约束屈曲支撑的承载力和刚度.为避免大量的非线性分析与迭代计算,通过计算各参数条件下单自由度中心支撑钢框架结构和约束屈曲支撑结构的延性需求谱,建立了在延性需求满足抗震加固要求条件下的约束屈曲支撑结构等效耗能(E)与延性需求(μ)之间的关系,即E—μ模型.基于该模型提出了一种约束屈曲支撑结构抗震加固设计与简化评估方法.最终通过对一个6层中心支撑钢框架结构采用约束屈曲支撑进行加固设计与评估,验证了所提方法的适用性.     

多层钢框架结构的区域震害模拟多自由度模型∗

传统的易损性分析方法难以满足城市区域震害预测的需求。基于非线性多自由度层模型和动力时程分析的城市抗震弹塑性分析方法近年来得到快速发展。为了进一步丰富区域震害模拟的可模拟结构类型,基于城市抗震弹塑性分析方法的流程框架,建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型。通过统计规范中的公式参数和文献中的钢框架推覆结果,对模型的周期、阻尼比、骨架线参数和滞回曲线参数进行了标定,并根据文献和美国 HAZUS 报告给出了多层钢框架结构的损伤判别准则。最后,分别使用文献中的试验结果和文献中设计实例的推覆分析结果对模型进行了验证。结果表明:(1)建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型并进行了参数标定,为区域震害模拟提供了可用模型;(2)对多层钢框架结构的损伤判别准则进行了标定,可以根据区域震害模拟结果评价其破坏状态;(3)在考虑骨架线参数不确定性的情况下,模型精度满足区域震害模拟的要求。     

近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明：当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。     

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。     

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。     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

近场地震下已建钢筋混凝土框架结构抗震性能分析

选取前方向效应近场地震波、滑冲效应近场地震波和远场地震波,对按《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)设计的4层钢筋混凝土框架结构进行了弹塑性时程分析。结果表明:前方向效应近场地震动和滑冲效应近场地震动对结构反应有很强的放大作用,当结构为弹性时对基底剪力影响较大,进入塑性后,对位移的影响更显著。综合弹塑性时程分析和Pushover分析两种方法对结构的抗震性能进行了评估,发现结构在小震下的整体变形超出了我国现有规范的限值,而在大震时发生了倒塌,从而从计算的角度解释了汶川地震中那部分20世纪80年代建造的结构倒塌的原因。     

多点激励下圆柱面巨型网格结构地震响应分析

空间相关性对大跨度空间结构的影响不容忽视。本文采用动力时程分析方法对圆柱面巨型网格结构进行了多点激励下的地震响应分析,并与一致激励下的结构地震响应进行对比,探讨了主体结构单独承载和子结构参与协同承载这2种情况下,不同行波激励对结构关键节点和杆件响应的影响及其变化特点;通过比较分析结构在多点激励和一致激励下的响应差异,得出圆柱面巨型网格结构在地震输入时需考虑多点激励的结论,可供该类结构的抗震设计参考。     

钢管混凝土桥墩动力时程分析及累积损伤评估

为了研究钢管混凝土桥墩的抗震性能并评估桥墩在地震作用下的累积损伤,对比分析了不同累积损伤模型的差异性,提出了一种基于损伤指标的钢管混凝土桥墩地震累积损伤评估方法。基于纤维截面模型,对某钢管混凝土桥墩在不同地震动强度下进行了横桥向动力时程分析,并从概率角度对桥墩的累积损伤进行评估。结果表明:对于抗震设防烈度为7度的桥墩,在相当于7度E1地震作用下处于基本完好状态,在相当于7度E2地震作用下没有发生严重破坏或失效破坏,在两种超罕遇地震作用下的失效概率分别为15.7%和27.14%,满足抗震设防要求。研究结果可为实际工程中钢管混凝土桥墩的抗震性能评估提供参考。     

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。