房屋建筑经验性地震易损性曲线研究进展

基于历史地震的海量震害数据建立经验性地震易损性曲线是我国防震减灾工作的重要内容。结合相当数量的文献,系统梳理了国内外经验性地震易损性曲线的研究进展及有关的规范或标准,剖析了经验性地震易损性曲线建立过程中房屋建筑分类、破坏等级划分、地震动参数选择、曲线拟合等各个环节存在的不足,结合现代灾害调查手段,提出了优化和扩大震害数据、合理选择地震动参数、标准化经验性地震易损性曲线的建立流程等建议。

建筑结构地震易损性曲线的应用研究

总结了地震作用下钢筋混凝土建筑结构易损性曲线的的分类、建立方法及其基本步骤,并且讨论了对于地震易损性曲线影响显著的各种不确定性因素,及其对于地震易损性曲线的影响。

110kV及以上变电站地震易损性研究

本文提出了根据变电站内高压电气设备和房屋建筑的地震破坏状态计算变电站震害指数的方法,统计了2008年汶川8.0级大地震中成都、绵阳、德阳、广元、阿坝地区国家电网的121座110kV及以上变电站的震害情况,通过震害指数进行了震害等级评价。采用对数正态分布的累积函数,拟合了变电站基于峰值加速度的地震易损性曲线。计算结果表明:当地震烈度在Ⅶ度及以下时,变电站和输电线路只有基本完好和轻微破坏状态,不发生中等及以上等级的破坏;当地震烈度为Ⅷ度时,有变电站开始出现严重破坏状态;当烈度达到Ⅸ度时,有少量变电站发生严重破坏,多数为中等破坏;当烈度为X度及以上时,多数变电站达到严重破坏和毁坏。

基于随机IDA和机器学习的盾构隧道地震易损性分析

在隧道地震易损性分析中,涉及地震动、结构、岩土参数的随机性和不确定性。当考虑多种参数不确定性时,基于数值法建立结构地震易损性曲线需要进行大量工况的随机地震响应计算,面临很高的计算成本。为兼顾隧道地震易损性结果的客观性和计算的高效性,基于Python语言编写自动随机IDA脚本程序,实现隧道随机地震响应的自动分析和后处理功能。在此基础上,结合10种机器学习算法和地震易损性分析理论,提出了基于随机IDA和机器学习的盾构隧道地震易损性分析框架。以某盾构隧道为例,在建立确定性动力响应计算模型基础上,采用拉丁超立方抽样方法并结合自动随机IDA程序,完成了隧道随机增量动力分析并形成机器学习算法的数据集。通过特征选择、数据集划分、预处理及参数调优,建立了预测结构地震损伤的10种机器学习算法模型,对比分析了不同机器学习算法的预测性能,进一步讨论了土层随机参数对结构易损性的敏感性。结果表明:各机器学习算法模型在数据集上均表现出较好的预测性能,其中BPNN模型的综合预测性能最好。基于机器学习模型预测建立的隧道易损性曲线,与数值法结果总体一致,说明采用机器学习算法预测隧道地震易损性是有效的,特别是BPNN算法模型,与数值法非常接近,体现较高的可靠性。对样本数量敏感性小的机器学习算法,如BPNN算法模型在易损性预测中具有很好的适用性和应用潜力。从土体物理力学参数对盾构隧道地震易损性影响的敏感性程度而言,由大至小依次为弹性模量、泊松比、密度、阻尼、摩擦角和黏聚力。

中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为从概率角度定量地描述中承式钢管混凝土拱桥的抗震性能,探讨采用理论分析法建立其地震易损性曲线。通过调查统计国内已建成的百余座中承式钢管混凝土拱桥的基本资料,总结其设计参数常用的取值范围及构造特点。以三跨无推力中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,建立其典型桥梁样本;通过线弹性静力分析和时程分析,确定典型桥梁样本在地震组合下的易损部位,进而定义各构件的性能水平;采用增量动力分析方法,建立典型桥梁样本的理论地震易损性曲线。结果表明:对三跨无推力体系,交接墩及其上设置的盆式支座是主要的易损构件,拱肋、吊杆和系杆以及基础一般不会因地震作用而破坏;与Ⅰ类场地条件相比,Ⅱ类场地条件下结构的损伤概率相对较高,而且地震动强度越高,场地条件的影响也越大。

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。

大型变电站主厂房地震易损性研究

大型变电站作为电力系统的重要组成部分,近年来其建设速度及规模呈现不断上升的趋势。以往大型变电站结构设计中未考虑电气设备与主厂房结构的相互作用,计算结果不够准确。以国家电网公司推荐的典型变电站作为研究对象,建立考虑主厂房结构与电气设备相互作用的变电站主厂房有限元模型,经过动力特性分析后发现,随着电气设备与主厂房结构质量比的改变,电气设备对主厂房结构存在不同程度的影响。另选取不同震中距和震级的100条实际地震记录,在电气设备与主厂房结构不同质量比及电气设备不同摆放形式等工况条件下,分别以主厂房结构层间位移角和地面峰值加速度作为地震需求参数和地震动参数,建立主厂房地震需求模型,最终得到变电站主厂房地震易损性曲线,该曲线可用于评估变电站的抗震性能水平,并为变电站灾前预测及灾后加固提供理论依据。

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。

基于地震易损性的桥梁抗震加固优先级评定方法研究

文章将地震易损性分析理论应用于桥梁抗震加固评定中,提出一种新型桥梁抗震加固优先级评定方法,并给出详细的评估流程。该方法基于地震易损性曲线,可以针对不同水准的地震强度水平,判别桥梁结构中最需要进行抗震加固的易损构件以及这些桥梁构件的抗震加固优先级,以制定合理的抗震加固方案。将该方法应用于一座6跨钢筋混凝土连续梁桥,结果表明该方法的优越性。

基于震害资料的四川省藏式房屋地震易损性研究

搜集自开展地震灾害直接损失评估以来,四川境内破坏性地震震害资料,统计省内藏式房屋在不同烈度不同破坏等级下的破坏比,给出易损性矩阵;采用房屋结构整体易损性分析方法,依据藏式房屋易损性矩阵,通过烈度与地震动参数的对应关系,以对数正态分布函数为模型,对藏式房屋在不同地震动参数(峰值速度)下超越毁坏、破坏、基本完好的概率曲线进行拟合,给出易损性曲线,为其他结构类型房屋的易损性研究、灾害损失评估工作及震害预测提供参考。

冲刷作用下钢管混凝土拱桥地震易损性分析

地震和冲刷是导致桥梁发生损伤的两类主要自然灾害,为保证桥梁的抗震性能,有必要对冲刷作用下桥梁的地震易损性进行研究。分析了桥梁地震易损性理论与冲刷深度的计算方法,运用有限元软件建立了某一钢管混凝土拱桥的数值模型,根据地震易损性理论确定了各损伤状态下的损伤指标,建立了不同冲刷深度下的地震需求响应概率模型,进而得到了该拱桥拱肋和主梁的易损性曲线,并分析了冲刷深度与地面峰值加速度变化对拱肋和主梁地震易损性的影响。研究表明:桥梁拱肋和主梁在各损伤状态下的损伤概率均随着地面峰值加速度的增大而呈现非线性增加,其增速为先变快而后变缓;当地震峰值加速度较小时,冲刷深度的变化对于损伤概率几乎无影响,但当其大于某一临界值时,冲刷深度越大,拱肋和主梁发生损伤的概率显著提高;当冲刷深度和地震峰值加速度一定时,桥梁拱肋和主梁的损伤概率随着损伤程度的增加而减小。

考虑支座损伤的城市立交桥地震易损性分析

采用有限元分析方法,建立了以三跨连续箱梁桥为典型城市立交桥的分析型地震易损性模型。以规范反应谱作为目标谱,生成10条人工地震波作为地震动输入。利用恒载轴力下墩柱的弯矩曲率全曲线,计算获得墩柱的不同损伤状态和不同损伤指标。结合背景工程中的摆柱支座、固定支座和拉杆支座的结构形式,确定结构损伤指标。利用有限元分析得到不同地震强度下的超越损伤概率,生成地震易损性曲线。最后对墩柱和支座的损伤规律进行比较,掌握桥梁在地震中的损伤破坏规律,为城市立交桥的抗震设计及抗震加固提供参考依据。

考虑冲刷影响的川藏线连续梁桥横向地震易损性分析

冲刷将减小土体对桥梁基础的横向支撑作用,削弱桥梁结构刚度,进而影响桥梁结构的动力学特性和抗震性能,因此有必要研究冲刷对桥梁结构抗震性能的影响。以川藏线常见的三跨连续梁桥为工程背景,利用有限元软件SAP2000建立桥梁结构有限元模型,利用m法考虑桩土相互作用,讨论了冲刷深度变化对桥梁结构动力学特性的影响。选取曲率延性作为桥墩和桩基的损伤指标,考虑材料和几何非线性,通过增量动力分析方法得到不同横向地震动强度下桥墩和桩基的峰值曲率,建立了不同冲刷深度下桥墩、桩基在轻微损伤、中等损伤、严重损伤以及完全破坏状态下的地震易损性曲线。研究结果表明:冲刷深度增加将增大桥梁结构自振周期;桥墩在各损伤状态下的损伤概率随冲刷深度的增大而不断减小;冲刷深度较小时,桩基的损伤概率随冲刷深度增加而增大,但当冲刷深度超过某一值时,桩基的损伤概率反而有所减小。

钢框架结构的地震易损性分析

由于钢框架结构体系近年来在多、高层民用建筑和工业建筑中得到了广泛的应用,因此本文以平面钢框架结构体系为研究对象,以美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的概率性能评定框架为基础,对钢框架结构的地震易损性进行了研究。研究中所采用的有限元软件为美国加州伯克利大学开发的Open Sees软件。

扩展PSDM与IDA方法在桥梁地震易损性分析中的应用对比研究

文章以典型钢筋混凝土连续箱梁为例,建立三维有限元模型并精确模拟该桥的非线性动力特性,基于结构特点与抗震规范从PEER强震数据库初选100条地震动记录,结合规范反应谱并考虑场地最不利地震动筛选出20条地震波,将所选地震波的PGA范围进行等幅扩展后进行增量动力分析,利用分析结果形成了扩展的PSDM,通过传统的IDA和扩展PSDM两种方法对桥梁进行地震易损性分析得到地震易损性曲线。结果表明,IDA方法较扩展PSDM方法在低PGA阶段分析结果较为保守,而在大PGA阶段则正好相反。研究方法和结论能对此类结构的抗震设计、分析与加固提供选择依据和理论支持,也为今后研究更加合理的概率地震需求模型奠定了一定的基础。

建筑结构地震易损性分析方法研究

总结了地震作用下建筑结构主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及建筑结构本身材料参数等不确定性。进一步说明如何考虑结构主要易损构件对整个结构体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计结构体系的易损性,表明建筑结构作为一个体系比任何一个单独的构件更易损。

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥(双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥)建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。

考虑支座损伤的城市高架桥地震易损性分析

以四跨简支桥面连续城市高架桥的典型结构:预制小箱梁上部结构、板式橡胶支座及盖梁双柱墩为基础,建立了三维有限元分析模型。以规范反应谱作为目标谱,生成10条人工地震波作为地震动输入。利用恒载轴力下墩柱的弯矩曲率全曲线,计算获得墩柱在不同损伤状态下的损伤指标。结合背景工程中的滑动板式橡胶支座、普通板式橡胶支座的结构特点及相关研究确定支座损伤指标。利用有限元分析得到不同地震强度下的超越损伤概率,生成地震易损性曲线。最后对墩柱和支座的损伤概率进行比较,掌握城市高架桥在地震中的损伤破坏规律,为城市高架桥的抗震设计及加固改造提供建议。

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。