主余震序列作用下考虑断层距的桥梁风险分析

为了提高震害预测和结构震后性能评估的准确性和合理性,提出了一种考虑断层距衰减的主余震序列构造方法,并使用该方法构造了50组相关场地的地震动;以一座三跨连续梁桥为研究对象,使用OpenSees抗震分析软件进行非线性动力分析,采用改进的Park-Ang损伤指标建立易损性曲线,分析断层距对连续梁桥在不同设防主余震序列下的损伤指数和破坏概率的影响;提出震后危险性分析方法,对比分析了考虑断层距的主余震序列对桥梁结构的震后风险性影响。结果表明:余震的发生导致结构的损伤概率提高了10倍以上;在断层距10 km范围内的结构发生中度及以上破坏的风险性较大;提高设防地震等级能有效避免结构在主余震序列作用下发生严重或倒塌破坏;在震后救援和重建时考虑断层距的影响可以防止造成二次伤害。

考虑主余震强度比和主震损伤状态的RC框架结构易损性分析

大量的地震灾害经验表明:余震可能会对结构造成不可忽略的“二次损伤”,然而目前国内外相关规范均未明确规定在结构抗震设计时需考虑余震作用。因此,本文以易损性为结构抗震性能评估方法,将余震纳入到易损性分析框架中。选取40条真实记录到的主余震序列作为结构地震输入,采用修正的Park-Ang损伤指数描述结构的损伤,从两种角度评估余震对结构易损性的影响:1)将主余震序列看成一条延长的地震动,直接作为结构的地震动输入,考虑4种主余震强度比IM_(A)/IM_(M)(IM即intensity measure),通过建立结构的概率地震需求模型,进行地震易损性分析。2)定义4种主震损伤状态,首先,将主震记录作为输入得到主震损伤结构;其次,对4种主震损伤结构进行余震倒塌易损性分析。研究结果表明:余震对增大结构的易损性,当IM_(A)/IM_(M)=0.5~1.2时,结构易损性曲线的中值IM_(M)平均降低了2.6%~26.7%;当经历主震后结构的损伤指数为0.1~0.7时,后续抵抗余震倒塌的能力降低了0.63%~22.6%。

主余震作用下塔尔寺中心大塔响应研究

目前对建筑结构进行主余震序列作用下的动力响应研究表明,主震过后的余震往往会造成结构损伤的累积,导致结构裂缝扩展甚至倒塌,但主余震分析在土遗址的分析中却应用较少。以锁阳城塔尔寺中心大塔为研究对象,基于目标谱匹配方法选取6条自然地震动记录调幅,进行单一主震与主余震序列作用下的动力响应分析。结果表明:加速度与位移响应沿佛塔高度的变化趋势在主震作用与余震作用下基本一致,加速度与竖向位移最大值位于佛塔顶点,而水平位移最大值位于覆钵体与塔身结合处;结构在主震作用下产生塑性损伤后,余震会扩大损伤的范围和程度,且损伤严重的部位扩大效果最明显。通过以上分析得到塔尔寺中心大塔的薄弱位置,提出在合适部位进行支护加固等改进措施。

主余震序列作用对剪力墙结构动力响应影响分析

为了研究主余震序列作用对高层剪力墙结构动力响应的影响,以某超高层作为研究基础建立了其动力弹塑性分析模型,开展了相关研究工作。选取10个真实主余震序列作用事件,构造了14条主余震序列作用作为输入的地震荷载;以PGA、PGV、PGA/PGV等作为表征地震动强度的指标,计算了结构在主余震序列作用及仅主震作用下的结构塑性耗能、最大残余层间位移角的增量损伤比及Karl Pearson相关系数;分析了主余震序列作用下结构塑性耗能及最大残余层间位移角的特点和地震动强度指标与增量损伤比的相关性。结果表明,主余震序列作用加剧了结构损伤,其塑性耗能增量平均达24%~28%;主余震序列作用下结构最大残余层间位移角有可能增大,也有可能减少。基于塑性耗能的结构主余震增量损伤比与PGV、SED、SI等速度相关的地震动强度表征指标均表现出了较强的相关性,可考虑作为选择和调整主余震序列作用地震波的指标;基于最大残余层间位移角的结构主余震增量损伤比则与地震动强度指标相关性较弱。

基于等损伤的主余震序列型地震动PGA放大系数谱研究

大地震发生后往往会伴随强余震发生,强烈余震会加重结构的破坏程度,在抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响是一重要课题。采用NGA-West2数据库建立主余震序列型地震动记录数据集,基于损伤等效思想定义主余震作用下PGA放大系数α,针对单自由度体系结构,通过动力时程分析建立不同相对强度、不同场地条件下平均PGA放大系数谱,进一步通过回归分析构建PGA放大系数谱的预测方程,分析统计结果的离散性。结果表明:PGA放大系数谱受场地条件影响较小,受主余震相对强度影响显著;放大系数谱值随周期增大而减小。谱预测方程能够提供目标损伤下结构的主震PGA放大需求,并可以作为设计谱调整系数使用,以实现在结构抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响。

主余震下自复位支撑RC框架结构性能研究

基于地震动峰值和频谱,提出了一种适用于地震工程领域、流程简单的主余震序列构造方法,构造出7条主余震序列地震动。对一12层的预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑RC框架结构在主余震下的抗震性能进行分析,并与防屈曲支撑(BRB)结构进行对比。结果表明:两种支撑都具有稳定的滞回性能,且滞回环饱满;PS-SCED支撑还具备良好的自复位特性,PS-SCED支撑结构最大残余位移角比BRB结构减小74.7%;在主余震序列作用下,PS-SCED支撑结构的顶层残余位移角和结构耗能比仅主震作用下的值增大,最大增幅为35.3%和19.6%。余震会使结构的耗能和损伤增加,PS-SCED支撑能够显著提高RC框架结构的抗震性能。

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性;其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值;最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应;随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势;当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小;当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析

一次强震过后通常伴随有多次余震发生,多次地震作用下结构的震害往往比单独主震作用时更为严重。为探索主余震序列作用下砌体结构的累积损伤,对已开展的砌体结构振动台试验模型进行数值模拟,通过与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,采用真实的主余震地震动对原型结构进行弹塑性动力时程分析,以最大层间位移角、结构损伤耗能作为损伤指标,对比分析了主余震序列对结构累积损伤的影响。结果表明:结构损伤耗能对主余震序列作用下的累积损伤更敏感;结构损伤耗能受主震和余震强度的影响,其结构损伤耗能比与主震强度大致呈二次关系,与余震强度大致呈线性关系。

主余震作用下地下结构增量损伤与抗震性能分析

强震过后短时间内发生的余震会对主震损伤结构产生重要影响,目前针对地下结构抗震性能的研究多是基于单次主震作用,对余震作用的认识有待进一步提高。为研究主余震作用下地下结构的性能劣化及增量损伤,以2层3跨地铁车站为原型建立土-地下结构相互作用模型,选取14次真实地震中的85组天然主震记录和对应的主余震序列为输入,对比研究了地下结构的地震响应特征。结果表明:考虑主余震作用时地下结构的地震损伤程度一般要比仅考虑主震作用时严重,但其增量幅度及扩展范围与主余震序列峰值加速度比ξ、地震动特性和主余震“极性”等因素有关;由于地下结构的损伤累计效应,在相近主余震峰值强度作用下(ξ≈1.0),地铁车站在余震时的层间位移反应较主震更大;当主震与余震的峰值加速度相差较大时(ξ≥1.4),余震对结构造成的附加损伤十分有限。

主余震序列作用下层间隔震结构倒塌地震风险分析

为了定量评估余震对隔震结构造成的损伤,基于地震波的随机性和结构的复杂性,提出一种适用于隔震结构的主余震序列构造方法。利用构造方法挑选的地震波作为激励,采用损伤指数作为结构地震需求参数,谱加速度作为地震动强度参数,对层间隔震结构进行主余震序列作用地震风险分析。研究结果表明,随着余震的作用和地震发生超越概率的降低,结构损伤指数会明显增加,与50年超越概率为2%的单独主震作用相比,在50年超越概率为2%的余震发生后,层间隔震结构从处于轻微破坏状态进入中等破坏状态,余震的作用使目标结构的损伤增大23.26%,隔震层的损伤增大33.33%,结构发生倒塌的风险概率增加75%,说明余震的作用会导致结构损伤加剧,发生倒塌的可能性增加。

带非对称阻尼器的柔性支撑框架主余震作用分析

研究主余震耦合作用下具有非对称弹塑性特征的非对称摩擦阻尼器(asymmetrical friction damper, AFD)对柔性支撑框架结构的减震作用。传统扁钢柔性支撑(tension-only brace, TOB)存在松弛问题导致柔性支撑结构在主余震耦合作用下性能严重退化。研究表明:AFD适用于柔性支撑结构,具有非对称弹塑性特征,静摩擦阶段发挥非线性“自拉紧”效应,提供较大的恢复力;在滑动摩擦阶段提供稳定的附加阻尼。该研究对静摩擦阶段和滑动摩擦阶段分别给出了简化模型,对滑动摩擦阶段给出附加阻尼比计算方法,提出了基于AFD的拉紧保护模式和阻尼耗能模式。对比分析柔性支撑框架结构TOB方案和2种AFD方案的主震和主余震耦合弹塑性时程反应,TOB方案在中震主余震及大震主震下屈服,而在大震主余震分析下松弛导致结构破坏,证实柔性支撑结构在主余震耦合作用下存在较大风险;而2种AFD方案可有效保护结构,拉紧保护模式为结构提供更高的减震上限,阻尼耗能模式同样有效防止TOB过度松弛,在主余震作用下提升结构减震性能。

主余震序列作用下边坡位移响应及地震动参数相关性分析

边坡容易在地震作用下丧失稳定性,引发滑坡等次生灾害,造成严重的人员伤亡和经济损失。目前,关于边坡在地震作用下的位移响应研究主要关注主震作用,而没有充分考虑余震作用的影响。针对这一问题,该文挑选210条真实主余震序列作为边坡底部输入地震动,基于有限差分软件FLAC对边坡在主余震序列作用下的滑动永久位移进行了分析,采用增量位移比来量化余震对边坡位移响应的影响。进一步挑选15个地震动强度参数,分别研究了主震强度、余震强度、主余震强度与边坡主震位移、余震增量位移、主余震位移的相关性。研究结果表明:余震作用会对主震损伤边坡产生显著的竖向永久位移增量,该位移增量甚至可以大于主震位移。与边坡主余震位移的相关性最强的是主震强度;在所考虑的地震动强度参数中,主震反应谱加速度与加速度谱强度与主余震位移的相关性最强。最后,分别基于这两个最优地震动强度参数建立了主余震位移预测模型,模型精度较好。

主余震作用下钢框架-中心支撑结构抗震性能分析

为研究余震对钢框架-中心支撑结构抗震性能的影响,以钢框架-拉链柱式中心支撑结构和传统钢框架-人字形中心支撑结构为例,基于增量动力分析方法,对2种结构在主余震、主震作用下进行地震易损性分析。对比了2种结构地震易损性差异,根据抗倒塌储备系数评价了2种结构的抗倒塌性能。结果表明:余震会增加结构的地震易损性,其影响程度随着地震动强度的变大而增加;与人字形中心支撑结构相比,拉链柱式中心支撑结构在高强度地震下处于重度损伤和倒塌2种极限状态时的失效概率更低,抗倒塌储备系数更大,抗倒塌性能更优。

主余震作用下不同货载工业货架的动力稳定性数值分析

以10层8跨钢结构货架为例,基于地震设计反应谱挑选3组典型自然波并构造1组人工地震波作为主余震序列的输入,对常见的0.5、1.0、1.5、2.0 t托盘负载的货架进行非线性时间历程分析,以评估主余震环境下不同货载对货架结构抗震性能的影响。结果显示:峰值加速度较大的汶川地震波和Kocaeli地震波冲击可直接导致货载为1.0 t以上的货架在余震中倒塌;在长持时Chi-Chi地震波和人工地震波的主余震作用下,较大货载(2.0 t)的货架结构稳定性严重退化。综合结构模态振型以及层间位移角、结构件塑性铰程度等指标分析结果,在地震烈度为7度及以下的地震环境中,货载为1.5 t与M120A-B100工业货架适配时货架具有较好的抗震性能。

主余震作用下典型六层RC框架结构易损性分析

为研究RC框架结构在主余震作用下的易损性,以一典型六层RC框架结构为例,基于增量动力分析法和易损性分析,进行不同主余震作用下RC框架结构不同性能状态下超越概率的对比分析。选取10条满足场地条件的地震记录作为输入,分别以反应谱加速度为强度指标(IM)、最大层间位移角为损伤指标(DM),对IDA曲线簇进行分位分析。依据地震强度指标建立概率地震需求模型,并根据已定义的结构性能水准对框架结构进行易损性分析。结果表明:双向地震和主余震作用相对于单向主震作用都会增加结构的易损性指数;结构在遭遇地震强度Sa(T1,5%)=0.5g时,余震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅6.3%、8.5%、11.5%;双向地震相对于单向地震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅15.5%、20.1%、32.5%。

主余震序列型地震动对RC框架结构地震反应定量影响研究

为探讨主余震作用下结构地震反应特征,量化主余震序列型地震动对结构地震反应参数的影响,采用OpenSEES有限元软件建立了一个3层典型RC框架结构模型,并选取594条实际台站记录到的真实主余震地震动记录作为结构反应分析的输入激励,开展了结构地震反应计算,分析了余震与主震相对强度、场地条件和地震动输入强度对结构地震反应的定量影响.结果表明:余震地震动对结构地震反应影响显著,最大可达90%,余震地震动对结构响应影响程度与其对主震的相对强度相关性较大,与场地条件相关性较小,规律不明显,余震强度对结构地震损伤影响明显.本文结果可供考虑主余震作用的结构抗震设计参考.

基于分布调幅法的钢框架结构主余震易损性分析

传统主余震易损性分析仅将主震及单一余震强度作为地震动输入,并只采用易损性曲线来评估结构的安全性能,这会导致结构进行主余震易损性分析时存在一定的局限性。针对上述问题,采用分布调幅法按不同余震幅值比对余震进行调幅处理,对结构进行不同余震强度下的主余震易损性分析。此外,基于主余震极限状态概率曲线与破坏状态概率曲线,计算不同余震强度下的主余震易损性指数,从易损性指数及易损性曲线两个角度,研究不同余震强度对结构的影响。研究表明,考虑不同余震强度下结构的失效概率使得主余震易损性曲线结果更加详细;主震在定义结构破坏状态中虽然起到主导作用,但是余震强度的变化有可能会造成结构破坏状态的跃迁;从易损性曲线及易损性指数两个角度,可以使结构进行主余震易损性分析时更加全面完整。

主余震下高层建筑斜交网格结构易损性分析

高层建筑斜交网格结构体系作为一种新型结构体系,其理论研究目前还处于初级阶段。为研究高层建筑斜交网格结构在主余震下的易损性,首先采用Perform-3d建立有限元分析模型并对其合理性进行验证,然后对14条真实主余震记录进行调幅并输入结构进行IDA分析,研究结构在主余震作用下的易损性。研究结果表明:与结构在主震作用下的易损性曲线相比,主余震下的易损性曲线更加陡峭,即考虑余震作用后结构进入各极限状态的超越概率增大,余震作用增大了结构的地震响应。

基于能量的主余震作用下RC框架损伤与震后性能评估

地震发生后,震损结构能否承受强余震是震害调查与灾后重建中的重要问题。因此,准确评估主余震造成的结构损伤以及评估主震后震损结构的剩余倒塌能力至关重要。采用基于能量的地震损伤指标对结构损伤进行评估,以能量谱作为工程需求参数,再通过引入震损结构模型对结构在主余震作用下的累积损伤进行评估,建立主余震作用下结构整体损伤评估理论框架。然后,基于I V损伤指数对主余震下的结构损伤进行量化,得到震损结构的倒塌能力曲线,并确定结构剩余承受强余震的能力。以6层3跨钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构为例进行分析,结果表明:地震能量损伤指标法物理意义明确,可以从能量角度快速评价主余震下结构损伤;震损结构的剩余倒塌能力随着主震强度增加而逐渐降低;对于案例结构而言,主震下结构损伤小于0.32时可以认为震损结构是安全的可以承受强余震,介于0.32~0.52之间时,需要对震损结构加固修复,以保障余震安全。

基于工程特性的主余震型地震动降维模拟

余震是由主震孕育而来,两者之间存在着一定的关联性,如何构造主余震型地震动模型,是工程结构抗震分析的基础。着眼于地震动的工程特性,根据主余震之间的峰值加速度、强震持时、场地卓越频率等要素,分别建立主震和余震自身的演变功率谱模型,基于非平稳随机过程的谱表示,通过引入随机函数降维模拟方法,实现仅用三个基本随机变量即可精确模拟主余震型地震动过程。研究表明,采用该降维模拟方法的效率和精度均满足工程需求,且与实测主余震型地震动记录的反应谱和幅值谱拟合一致,验证该模型与方法的优越性,为工程结构在主余震型随机地震作用下的抗震分析提供有效途径。