基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明:桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35 g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3^(#)、4^(#)桥墩)比相对较低的桥墩(1^(#)、2^(#)桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。

地面运动强度参数对RC桥梁地震需求的影响

在基于性能的地震工程学(PBEE)中,建立概率地震需求模型(PSDM)时需要对桥梁结构的工程需求参数(EDP)进行概率估计。其中,强地面运动参数(IM)的选择对EDP的概率估计影响很大,因此需要正确选择IM。分别采用目前最广泛使用的结构第一模态周期弹性谱加速度(5%阻尼比)Sa(T1,5%)和峰值地面加速度PGA作为IM,选择实际地震波并进行合理的调值,对一座钢筋混凝土桥墩进行IDA分析,其计算结果表明:对于不同性质EDP的概率估计值,以PGA作为IM计算所得的结果明显偏于非保守,且离散度一般也更大。说明可以针对不同性质的EDP,根据地面运动强度的大小,选择不同的IM,通过合理的调值对EDP进行概率估计,可以更加精确、高效地建立PSDM。

桥梁地震需求中随机参数的重要性分析方法研究

桥梁结构的地震需求不仅受地震动随机性的影响,而且受结构中随机参数的影响。为了分析各随机参数对结构地震需求的影响水平,提出采用重要性分析方法对各随机参数进行重要性排序。以常见的简支梁桥及连续梁桥为例,基于结构的非线性动力时程分析,分别采用Monte-Carlo数值模拟方法及核密度估计方法计算得到各随机参数基于方差的重要性测度指标及矩独立重要性测度指标。结果表明,对于中小跨径梁桥,针对桥墩、桥台及支座等不同构件的地震需求,随机参数的重要性排序并不完全相同,但是支座剪切模量、上部结构质量及阻尼比等参数对各构件地震需求的影响水平均排在前列;和Tornado图形法等局部敏感性分析方法相比,重要性分析方法在研究某个参数的重要性时能够考虑其他随机参数的影响,其应用更加合理。

大跨径桥梁结构概率地震需求分析中地面运动强度参数的优化选择

对于大跨径桥梁结构,应结合地震工程学和结构抗震两个方面选择合理的地面运动强度参数(IM),进行动力分析。针对一座高速公路双塔斜拉桥采用非线性动力时程分析方法,分析不同的IM对于结构地震需求的影响,可以得到以下结论:对于不同桥向,在累积质量参与系数贡献显著的周期范围内,反应谱对结构地震需求影响显著,且高频区段反应谱的影响大于低频区段。应该采用对结构地震需求影响显著的反应谱区段内质量参与系数较大的短周期谱加速度或PGA作为IM。

地震地面运动特性对结构地震需求的影响研究现状

在结构抗震设计和分析中,地震地面运动特性(用幅值、频谱特性和持时表示)的变异性对于结构地震需求的影响最大。震害经验表明,各类结构的震害均表现为这三个基本要素综合影响的结果。因此,从地震工程学和结构抗震两个方面,对国内外结构地震需求分析研究现状进行了较为全面的论述,包括分析方法、研究内容、影响因素等,重点论述了地面运动三要素对结构地震需求的影响,提出了存在的问题和今后尚需开展的研究工作。

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。

地震动参数之间的距离分析及相关分析

为合理选择地震动参数进行结构概率地震需求分析,对地震动参数之间的相似性及相关性进行研究。总结30种地震动参数,选取不同震级、不同震中距和不同场地类型的实际地震动记录,采用距离分析、秩相关分析和Pearson相关分析方法,对地震动参数间的相似性及相关性进行研究。结果表明:速度型地震动参数和其它参数的相似性以及相关性最好;加速度型地震动参数和其它参数的相似性较好,但相关性显著;持时特征参数以及组合参数中均方根位移与其它参数相似性较差,相关性微弱。因此,在结构概率地震需求模型的建立及易损性分析中应优先采用相似性和相关性较好的速度型地震动参数,以减少分析结果的离散性。

地面运动强度指标对RC桥墩地震需求的影响

强地面运动指标(IM)的选择对桥梁结构工程需求参数(EDP)的概率估计影响很大。文章分别采用峰值地面加速度PGA和峰值地面速度PGV作为IM,选择实际地震波并进行合理的调值,对一座RC桥墩进行非线性动力时程分析;结果表明,对于中等周期的桥墩结构,以PGA作为IM计算的EDP概率估计值离散度明显更大。因此应根据所分析结构的周期范围,选择不同的IM,通过合理的调值对EDP进行概率估计。

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。

桥梁结构地震反应对于重要地震参数的敏感性研究

以基于性能的桥梁抗震设计理论为研究背景,分析了桥梁结构地震需求及其概率模型对于震级和距离这两个重要地震参数的敏感度。研究发现震级对于桥梁结构地震需求及其概率模型具有较大影响,距离的影响则相对较小,两个参数的影响具有耦合性;而且,不同周期的桥梁结构对于震级和距离的敏感度具有一定差异。

高速铁路梁桥建模参数敏感性分析

平衡模型建立效率和确保模型计算结果的准确性一直以来都是高速铁路梁桥概率地震需求分析所面临的挑战。鉴此,首先,以典型高速铁路简支梁桥和连续梁桥为工程背景,罗列建模相关不确定性参数及其概率分布;其次,采用分式析因设计方法,基于OpenSees建立的有限元模型生成了32组考虑15种建模不确定性参数的计算工况;最后,通过方差分析得到的p值确定不同建模参数对构件地震响应的影响程度,从而筛选出高速铁路梁桥建模时需考虑的重要参数。分析结果表明:不同构件地震响应对建模参数的敏感性差异明显,但地震波加载方向、支座摩擦因数、混凝土密度和结构阻尼比这4个建模参数以及混凝土弹性模量和混凝土抗压强度的交互作用均显著影响2种梁桥的地震响应,在进行高速铁路梁桥概率地震需求分析时不可忽略;简支梁桥和连续梁桥在建模时还应分别关注滑动层初始刚度和桩基础平动刚度的不确定性。在高速铁路梁桥概率地震需求分析中考虑重要建模参数的不确定性,可以在确保构件地震响应预测准确的同时提升建模效率。

水电站厂房抗震分析中地震动强度指标选择研究

为了探究适用于水电站厂房抗震分析的地震动强度参数(intensity measure,IM),基于某水电站地面厂房工程实例,首先选取42条天然地震动记录作为输入,对17种具有代表性的地震动强度指标与厂房结构的非线性地震响应进行相关性分析,评价各强度指标在水电站厂房地震响应分析中的适用性;然后基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法,选择上述相关程度较高的强度指标作为地震动强度参数,分别与结构工程需求参数(engineering demand parameters,EDP)在对数坐标系下进行线性回归分析,从有效性、适用性和效益性三方面综合评价各强度指标在概率地震需求分析(probabilistic seismic demand analysis,PSDA)中合理性以得到准确的地震易损性分析结论。结果表明:总体上,速度型指标与厂房结构响应的相关程度较高,加速度型指标次之,位移型指标最差,水电站厂房地震响应分析时应在速度型指标中优先选择与地震动频谱特征相关的指标;对IDA结果的对数线性回归分析发现速度型指标作为IM应用于PSDA更加合理,其中速度谱强度(velocity spectrum intensity,VSI)在有效性、适用性和效益性三方面的综合表现最好,应用于地震易损性分析能够更加准确地评价水电站厂房的抗震性能。

考虑多维地震下的高耸塔台结构易损性分析

本文考虑了多维地震下高耸机场塔台结构的易损性分析。通过SAP2000建立塔台模型,选择了真实地震波数据,每条波的加载方式均为水平一维,水平二维和空间三维。以地面峰值加速度(PGA)作为地震强度的指标,基于Bootstrap参数区间估计法建立了在不同PGA不同维度地震的多维概率地震需求模型。建立了性能极限状态方程,通过蒙特卡洛(MC)法求解了破坏概率,得到了易损性曲线,并进一步引入易损性指数描述塔台的地震损伤,研究表明:在四种性能极限状态下,二维地震得到的破坏概率显著高于一维地震激励,因此若只考虑一维地震会显著高估结构的抗震性能;通过三维地震得到的破坏概率略高于二维地震,但总体上差异较小,因此二维地震已经满足工程精度;三维地震的易损性指数略高于二维地震,而二维地震显著高于一维地震,该结果与易损性曲线的结论一致,说明将易损性指数引入塔台结构的易损性分析是合理的。

基于PSDM和IDA方法的桥梁地震易损性模型参数比较分析

以汶川地区一座典型三跨简支梁桥为例,基于OpenSees平台建立全桥三维非线性基准有限元模型.在考虑地震动及结构参数不确定性基础上,对抽样生成的桥梁样本进行了一系列非线性地震响应分析,分别采用PSDM和IDA方法分别建立桥梁构件及系统的地震易损性模型.介绍了易损性模型参数的物理意义,对不同方法计算得到的地震易损性分析结果展开模型参数比较研究,分析探讨了结果的差异原因及既有方法改进措施.

基于偏最小二乘回归的地震动复合强度参数构造与统计性分析

为解决某些地震动强度参数对某些结构有效性较好,而对其他结构有效性较差的问题,基于偏最小二乘回归提出一种地震动复合强度参数的构造方法。对构造的地震动复合强度参数与工程需求参数进行概率地震需求分析,从充分性、有效性、有益性和鲁棒性四个角度对地震动强度复合参数开展统计性分析。为校验所提方法的准确性,选择具有不同高度和不同抗震设防水平的16个钢筋混凝土框架结构为例,并遴选100条真实地震动记录作为地震输入。选取8个地震动强度参数作为基本参数,以结构最大层间位移角作为工程需求参数,采用偏最小二乘回归方法,构造地震动复合强度参数,并对其进行统计性分析。分析结果表明:偏最小二乘回归方法是一种较为合理构造地震动强度复合参数的方法,所构造的地震动复合强度参数具有比单个强度参数更优良的统计性,具有更好的有效性、有益性、充分性和鲁棒性。

基于性能的高层混合结构地震易损性分析

研究地震作用下高层钢框架-混凝土核心筒结构的易损性问题。通过基于性能的静力弹塑性分析,根据结构极限损伤状态定义了混合结构地震需求参数的四个性能水平限值。考虑地震动输入的不确定性,通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应,建立了两个地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,结合性能水平限值提出能有效评估结构地震响应的易损性分析方法。最后对两个不同节点连接方式的高层混合结构进行了基于性能水平限值的地震易损性分析,绘制结构的地震易损性曲线,对结构抗震性能进行评估和对比分析。

基于Nataf变换的桥梁结构地震易损性分析

地震易损性分析是美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的"性能化地震工程"理论框架的重要一环。目前所采用的易损性分析方法大多未考虑结构的不确定性及结构随机参数之间的相关性。为此,引入均匀设计考虑结构参数的随机性,同时结合Nataf变换,处理结构随机参数之间的相关性。提出一种综合考虑地震动随机性、结构参数随机性及结构随机参数相关性的桥梁结构地震易损性分析方法。以一座三跨连续梁为例,分别在考虑结构随机参数相关性和不考虑结构参数相关性的前提下计算其地震易损性。分析结果表明:提出的方法能够有效考虑结构随机参数相关性;忽视结构随机参数相关性会导致高估桥梁结构地震易损性。

基于扩展增量动力分析的桥梁地震易损性研究

采用扩展增量动力分析方法,建立了汶川地区典型简支梁桥的分析型地震易损性模型。依据汶川地震桥梁震后调查资料,评估了桥梁结构参数的不确定性,通过抽样并建立一系列桥梁的有限元模型样本。将汶川地震实测地震波调幅至不同的地震动强度,对每一级地震动强度下对不同样本进行非线性动力时程分析,记录桥梁各构件对应的地震峰值响应并绘制成IDA曲线。基于EDP准则和IM准则2种不同方法,分别计算得到不同地震动强度下桥梁发生各损伤状态的离散概率数据点,采用最小二乘法回归得到不同损伤状态对应的桥梁构件和系统地震易损性曲线。生成的地震易损性曲线可以进一步用于交通网络系统的地震风险评估和震后加固优先级决策。

隧道横向抗震合理地震动强度指标研究

隧道横向抗震分析时,合理的地震动强度指标(IM)是关键参数.为研究其合理地震动强度指标,以地下管廊和盾构隧道为原型,利用SAP2000软件建立有限元模型,基于修正增量动力分析(IDA)法研究不同场地类别和结构型式下,地震动强度指标和工程需求参数(EDP)的结构地震需求模型,并通过4个评价准则进一步分析确定合理的地震动强度指标.研究结果表明:场地类别是地震动强度指标评价的重要影响因素;PGA、PSA是适用于隧道横向抗震的地震动强度指标.