基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

软土地区典型民防工程结构地震易损性分析

为揭示软土地区典型民防工程结构地震易损性变化规律,以某单建式民防工程为例,首先,基于ABAQUS有限元平台建立土体-民防工程结构系统非线性动力分析模型;其次,进一步考虑土体非线性特性和输入地震动的不确定性,通过数值模拟揭示民防工程结构易损性分析的合适地震动强度指标(IM);最终,建立软土地区典型民防工程结构地震易损性曲线。研究结果表明:1)峰值地面加速度(PGA)相较于其他地震动强度指标,其有效性和实用性较高,适合用于民防工程结构地震易损性分析;2)土层条件对民防工程结构的地震易损性有明显影响,土层越软,结构的易损性越高;3)软土地区民防工程结构在地震作用下有可能遭受严重破坏,随着地震动强度的增加,每种破坏状态的超越概率逐渐增加并接近100%。

考虑构件地震相关性的近海桥梁二维地震易损性分析

为了更加全面合理地评价我国近海桥梁结构的抗震性能,本研究开展了考虑氯离子侵蚀的简支梁桥二维地震易损性研究。以我国近海潮汐环境中某简支梁桥为例,基于IDA方法考虑了氯离子侵蚀对结构的不利影响,并模拟了桥梁的地震响应过程;选取合适的板式橡胶支座和桥墩损伤指标并得到了各自的地震易损性曲线,揭示了两构件之间地震的内在相关性,进一步基于相关性分析方法明确了两构件的相关系数,得到了桥梁结构合理的二维地震易损性曲线。结果表明,板式橡胶支座和桥墩之间的地震需求与抗震能力均存在密切的相关性,基于不同构件地震相关性的二维易损性曲线可以更加全面地评价桥梁结构的抗震性能。研究成果可以为近海桥梁抗震设计和地震风险评估提供科学依据与技术支持。

基于性能的大跨径斜拉桥H形桥塔纵向地震易损性分析

我国许多地区都处于板壳活跃地带,近年来,由于板壳活动的加剧引发了多次不同程度的地震灾害,给人民带来了较大的生命财产损失.在地震作用下,作为斜拉桥主要受力构件的主塔若发生损伤,将使斜拉桥整体损伤风险明显提高.因此,以某斜拉桥为工程实例,通过SAP2000有限元分析软件,基于性能抗震设计理论学科知识,利用IDA时程分析结果,根据能力需求比模型法绘制出斜拉桥主塔各关键截面的地震易损性曲线,然后对斜拉桥主塔进行地震易损性分析.结果表明:纵桥向地震作用下,主塔的中塔底截面为易损截面.

大跨移动式风雨棚基于性能的概率地震易损性分析

大跨移动式风雨棚是应用于船厂、工矿、军工等为克服恶劣天气而在场地不同位置设置的可移动棚式特种机械设备。由于该结构多在近海地区投入使用,且近海地区多是地震频发地带,所以对大跨移动式风雨棚进行基于性能的概率地震易损性分析是非常有必要的。以地震峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以顶点最大位移角和位移延性比作为地震需求指标,并基于文献和文中定义的界限值法对结构进行易损性分析,最终得到结构在不同极限状态下的易损性曲线。通过模拟研究得出:该定义界限值法的结构失效概率大于基于文献界限值的结构失效概率。对于大跨移动式风雨棚可以参考该界限值法对结构进行地震易损性分析。不同地震需求指标和相同PGA下,以顶点最大位移角为指标的结构倒塌概率(78.19%)略小于以位移延性比为指标的结构倒塌概率(78.59%),因此可以以位移延性比为首要考虑的指标,以顶点最大位移角作为对比指标为结构提供今后的震害预测参考数据。

基于IDA的下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的地震易损性分析

采用IDA方法进行地震易损性分析,已成为评估建筑结构抗震性能的常用方法之一。为探究下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的抗震性能,使用ATC-63推荐的15组地震动记录数据,选择地震动强度参数结构第一自振周期结构阻尼系数为5%的反应谱加速度S_(a)(T1,5%),并以一阶振型中最大位移点的竖向挠度作为评价指标进行研究。基于有限元软件ANSYS对该结构进行模拟,通过对比时程分析结果,分析不同损伤状态下改进构型的张弦梁结构的抗震性能概率。研究结果表明:在面对大型地震时,此改进构型的张弦梁结构表现出卓越的抗震性能,拥有显著的防震潜力,且结构倒塌的风险较低。

大跨径波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥施工阶段地震易损性分析

为分析大跨径连续梁桥不同施工阶段的内力状态对其抗震性能的影响,文章以某大跨径连续梁桥为例,在OpenSees软件中建立有限元模型,采用非线性时程分析及地震易损性分析方法探究不同施工状态下桥墩的抗震性能。结果表明,考虑竖向地震动将增大施工阶段桥墩的损伤概率;合龙后的成桥阶段相比于施工状态下桥墩的地震易损性显著降低,因此应更加关注施工阶段的桥墩震害。

基于多元增量动力分析(MIDA)方法的RC核心筒结构地震易损性分析

RC核心筒结构在水平双向地震荷载作用下,结构地震响应的耦合作用会严重削弱筒体的变形能力和延性性能,加剧筒体结构破坏程度。引入地震动入射角来模拟结构可能遭遇到的更为客观、实际的水平双向地震激励,基于传统IDA方法,采用拉丁超立方体网络抽样法考虑地震动强度及地震动入射角对结构的共同影响,提出了多元增量动力时程分析(MIDA)方法。基于MIDA方法,利用有限元分析软件Perform-3D对20层RC核心筒结构进行多元增量动力时程分析,获取了能反映结构抗震性能的MIDA曲线,并基于性能定义出结构的四个极限性态点,进而获得结构的地震易损性曲线,对结构的易损性能进行了分析和评估。

大跨度桥梁边墩横向减震体系的地震易损性分析

在大跨度桥梁中,边墩的竖向恒载与中墩相比往往较小,导致支座滑动摩擦力较小,因此,摩擦型耗能减震支座无法有效控制地震位移.针对以上问题,提出了滞回型钢阻尼器和滑动支座配合使用的桥梁边墩减震体系.然后,以一座大跨度钢桁架拱桥为例,建立了全桥有限元模型,以支座位移、墩底弯矩以及拱脚立柱的应力为工程需求参数,采用云图法建立概率地震需求模型,分析了该大跨度桥梁的边墩横向地震易损性.结果表明,采用滞回型钢阻尼器和滑动支座的桥梁边墩减震体系可有效降低桥梁上、下部结构各主要控制部位的横向地震易损性.

考虑锈蚀的钢结构地震易损性分析

钢材锈蚀会引起结构的抗震性能与刚度的退化。通过已有钢材锈蚀规律并考虑结构的随机性,将IDA、Pushover与蒙特卡洛抽样结合得到结构概率地震需求及概率抗震能力的统计参数并代入本文提出的地震易损性模型,得到结构在不同极限状态的易损性曲面。以15层3跨钢框架为例,利用建立的方法研究了结构易损性随服役年限的变化规律。研究成果可为结构的全寿命设计、既有结构的运营以及地震风险评估等提供理论依据。

基于位移的重力坝地震易损性分析方法

针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题,提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标,合理选取输入地震波,采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性,提出了震害等级的五级划分标准。结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法,建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法,可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率,为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。

考虑结构不确定性的框剪结构地震易损性分析

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照我国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果。研究表明:该类结构能够很好地满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据。

结合地震易损性分析的桥梁地震损伤识别

目前在使用模式识别理论进行复杂桥梁地震损伤识别时仍存在许多困难,如损伤模式不易确定、损伤指标难以提取和无法构建足够数量损伤样本等。针对上述问题,提出了一种基于地震易损性分析的桥梁地震损伤模式识别新方法。将地震激励分为主震和余震两类。使用主震对桥梁进行地震易损性分析以确定其在地震激励下可能发生的损伤情形,进而确定地震损伤模式和有策略地布置传感器。使用余震激励已损伤桥梁获得其动力响应信息,以构建足够数量的数据样本。使用希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)对结构响应数据进行处理,提取对损伤敏感的指标(Damage Index,DI)。采用模式识别理论建立DI与损伤模式之间的对应关系,实现对桥梁地震损伤模式的识别。将所提方法应用于连续刚构桥的地震损伤识别,结果表明该方法可准确识别桥梁地震损伤,且算法具有较强的抗噪声干扰能力。

基于IDA的阀厅结构地震易损性分析

尽管近年来大型换流站阀厅结构越建越多,但是对阀厅结构的易损性研究仍十分缺乏。考虑到大型换流站阀厅结构在电力系统中的重要性,对这类结构易损性开展深入地研究是十分必要的。在数值模型正确性得到验证基础上,对阀厅结构开展在不同类型地震动作用下的增量动力分析(IDA),基于增量动力分析结果建立阀厅结构处于不同破坏状态的地震易损性曲线。研究结果表明当地震动峰值加速度小于0.5g时,阀厅结构刚度降幅比较缓慢,而随着峰值加速度增大,其刚度降幅逐渐增快。由地震易损性曲线可知,在罕遇地震作用下阀厅结构处于不同破坏状态的超越概率均小于5%,该阀厅结构抗震设计满足要求并具有较大安全储备。

基于近断层效应钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为研究近断层地震动对桥梁结构损伤的加剧现象,以1999年台湾Chi-Chi地震作为地震动样本,使用Baker近断层地震动判断准则进行划分,以工程上广泛使用的飞燕式钢管混凝土拱桥作为桥梁样本,使用数值模型的方法对地震动样本进行输入,使用Park-Ang损伤模型对地震损伤进行识别,进而分别绘制出近断层地震动和非近断层地震动的易损曲线.通过对比2次得出的易损曲线发现,近断层地震动记录会使桥梁结构产生更大的损伤,轻微损伤的PGA中值由非近断层地震动记录的0.53 g变为近断层地震动记录的0.22 g.

基于可靠度的桥梁构件三维地震易损性分析

为了评估桥梁结构近场抗震性能,建立了桥梁构件的三维地震易损性分析流程.基于工程结构可靠度理论,用构件三维失效曲面表征墩柱、支座构件的损伤状态,将包含多个单一损伤指标的损伤状态方程作为三维地震易损性分析的损伤指标;其次在既有墩柱弯曲和剪切失效曲面研究的基础上,构建了墩柱弯曲和剪切破坏的损伤状态方程;并基于支座地震损伤的相对变形,建立了支座损伤状态的方程.在此基础上,构建了墩柱和支座三维地震损伤状态的判别准则,并对不同损伤状态进行了量化.结合各国桥梁抗震设计规范和工程结构可靠度理论,最后实现了三维地震易损性的计算分析.通过一维地震易损性的简化验证,表明所提方法可用于桥梁结构的地震易损性分析中,并且所得结果与PSDA(probabilistic seismic demand analysis)法的最大概率偏差小于4%.

采用等效斜撑模型的砌体结构地震易损性分析

为解决目前砌体结构中弹塑性模型在精确性方面的不足和对地震易损性分析的需要,将等效斜撑模型引入砌体结构有限元模型,根据实体墙、开窗墙和开门洞的侧向刚度特性,提出相应的等效斜撑宽度计算公式.基于等效斜撑模型分别建立上述三类砌体墙的弹塑性有限元模型并进行低周往复加载分析,结合试验结果验证其准确性和实用性.在此基础上建立一典型的三层砌体结构有限元模型,基于增量动力分析方法,分别将最大层间位移角和弹塑性耗能差率作为损伤参数进行地震易损性分析,并对比分析仅考虑横墙砌体结构模型与同时考虑纵横墙结构的易损性曲线的区别.结果表明:传统的层间位移角不能充分体现纵墙的抗震性能,基于能量的损伤参数能够更准确地反映结构损伤演变过程和纵墙性能;宜根据易损性评价需求和计算效率综合建立适宜精度的砌体结构有限元模型.

核电站地震易损性分析方法的研究进展

地震概率风险评估是核电站地震安全评估方法之一,其中地震易损性分析是地震风险评估方法中的重要一步。本文针对核电站地震易损性分析方法研究进展进行了全面综述:首先介绍了三种核电站地震易损性分布模型,叙述了地震易损性由于数据来源不同而形成的多种分析方法:解析易损性分析、设计易损性分析、试验易损性分析、经验易损性分析、专家判断易损性分析和混合易损性分析,然后列表总结了美国三种核电站易损性分析方法:Zion法、SSMRP法和BNL法,并对基于保守确定性失效裕度分析的混合易损性分析方法进行了简要介绍,最后对全文进行了总结和评述。

大跨度桥梁地震易损性分析的时域显式法

结构地震易损性分析是评估结构抗震能力的有效手段。云图法是常用地震易损性分析方法之一,该方法需要进行数十至数百次非线性时程分析,对于大跨度桥梁结构来说,计算较为耗时。将时域显式降维迭代法与云图法相结合,利用结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对非线性单元自由度进行迭代计算,高效完成数百次大规模结构非线性时程分析,从而提出一种高效的大跨度桥梁地震易损性分析方法。以大跨度悬索桥为工程实例,采用本文方法获得了4种损伤状态下的地震易损性曲线。计算结果表明,时域显式降维迭代法与云图法的结合有效地提高了结构地震易损性分析效率,尤其适用于大跨度桥梁等大型复杂结构的地震易损性评估。

钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

为评估按我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构的地震易损性,将钢筋混凝土框架结构的抗震性能划分为四个等级,采用构件端部的塑性转角和结构层间位移角作为性能指标分别从构件层次和楼层层次对抗震性能等级进行量化。考虑地震动的随机性和结构材料强度的随机性,对285 600个结构——地震动随机样本进行弹塑性动力时程分析,形成易损性曲线,研究设防烈度、结构高度、场地类别等因素对钢筋混凝土框架结构地震易损性的影响。结果表明,层数越多,场地特征周期越长,结构在各性能水平的超越概率越大。最后,根据易损性分析结果,对多水准的抗震性能目标进行了分析,为基于性能的抗震设计提供参考。