第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析

第二代基于性能地震工程理论中的地震易损性主要是指结构构件以及非结构构件的抗震能力,与传统地震风险理论中的地震易损性定义和内涵并不相同。为了澄清二者的不一致性,首先介绍传统地震风险理论中地震易损性的定义和概率模型,然后指出第二代基于性能地震工程理论存在五个层次的地震易损性模型:地震需求易损性模型、抗震能力易损性模型、地震损伤易损性模型、地震损失易损性模型和抗震决策易损性模型,指出了这五种模型的区别及其相互关系,推导得到了地震需求易损性模型和地震损伤易损性模型分布参数的解析表达式。在此基础上,根据不同的不确定性传递路径,提出了正向PBEE和逆向PBEE的概念,以通过不同方式求解第二代基于性能地震工程理论的风险积分公式。基于地震危险性函数的近似表达式以及地震易损性模型及其分布参数的解析表达式,通过正向PBEE和逆向PBEE方法,分别得到了具有相同表达形式的工程需求参数EDP、地震损伤DM和决策变量DV三个层次的概率地震风险表达式。通过该文的研究,将传统地震风险分析理论与第二代基于性能地震工程理论统一在一致的理论框架之中。

基于性能的地震工程研究的新进展及对结构非线性分析的要求

结合国际地震工程界提出的新一代基于性能的地震工程的框架方法,重点阐述了性能评估中涉及的主要问题。对性能评估使用的静力非线性分析、动力非线性分析方法进行了总结,在此基础上详细阐述了在基于概率的性能评估中有应用前景的增量动力分析方法的概念、相关问题及其应用,并简要介绍了基于增量动力分析思想提出的一些简化方法。最后提出了今后研究的建议,特别是结构非线性分析方面的研究重点。

基于性能的地震工程学与桥梁抗震设计研究

基于性能的地震工程学和抗震设计在国内外受到广泛研究,并被认为是将来抗震设计的发展方向.根据目前我国桥梁抗震教学中存在的一些问题,对基于性能的地震工程学理论和抗震设计思路进行了精要的阐述.

太平洋地震工程研究的基于性能的地震工程方法

许多基于性能的地震工程分析方法得到了发展。本文总结了太平洋地震工程研究(PEER)中心所应用的方法。工作分4个阶段:危险性分析、结构分析、损伤分析和损失分析。在危险性分析中,在设施现场评估地震危险性,得到样品地震动时程,其强度量度(IM)适合不同的危险性水平。在结构分析阶段,进行非线性时程结构分析,计算给定强度量度的地震动的设施的响应,如漂移、加速度,地面破坏或其他工程需求参数(EDP)。在第三阶段,损伤分析阶段,这些工程需求参数与构件易损性函数一起使用,以确定对设施构件的损伤程度(DM)。最后,根据给出的损伤程度,评估维修工作,以确定维修成本、可操作性、修复持续时间和潜在的伤亡。这些性能的量度被称为决策变量(DV),因为它们可以用来通知利益相关者决定未来的业绩。每个关系,从位置和设计到强度量度,强度量度到工程需求参数,工程需求参数到损伤程度,损伤程度到决策变量,都涉及不确定性和处理概率问题。太平洋地震工程研究目前正在6个真实的设施上面使用并说明其方法,称为试验台,每一个设施都探索了基于性能的地震工程(PBEE)的不同方面。

基于性能的地震工程学在建筑结构抗震中的应用研究

基于性能的地震工程学(PBEE)是一个新兴的理论框架,它力求超越传统的设计方法,从结构的安全性、功能性以及从所有投资者的经济性角度去阐述结构问题,已成为国外地震工程和结构抗震领域的研究热点和未来发展方向,但在我国尚处于起步阶段,迫切需要大力发展。

温度相关型结构地震风险评估方法

采用形状记忆合金(SMA)、粘弹性橡胶等材料的结构,其地震响应存在温度相关性,对其结构性能的评估应考虑温度影响和区域温度分布特性的不确定性。以第二代基于性能的地震工程评估框架为基础,该文提出一种考虑区域温度分布特性的温度相关型结构地震风险评估方法。该方法将传统地震易损性扩展为地震动强度-温度联合易损性,在此基础上得到包含温度分布信息的修正区域易损性,并用于评估结构地震风险。基于该方法,该文以9层SMA支撑钢框架结构作为分析对象,研究温度对结构性能的影响。选取北京和文昌为案例地区,给出其区域温度分布特性描述,并计算对象结构的地震风险曲线。结果表明:环境温度降低将影响结构变形分布。同时,结构在低温下更易发生倒塌。相对于位于文昌和设计基准温度下的对象结构,位于北京的对象结构具有更高的倒塌风险。所提出的方法能够量化评估不同地区温度相关型结构的地震风险。

基于增量动力分析的大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估

基于现有研究成果,将增量动力分析引入大型地下洞室群地震动力稳定性评价领域,形成大型地下洞室群的性能化地震动力稳定性评价方法。首先讨论基于PEER-NGA数据库的强震记录选取方法,根据具体工程的地震地质特性针对性地搜索合适的强震记录,为开展增量动力分析提供最优的输入地震动。然后讨论适用于大型地下洞室群的结构损伤性能参数、地震强度因子的选取,为增量动力分析提供合适的地震强度指标和抗震性能表征。继而立足于现有规范,形成了适用于大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估的2级地震动水平和2级抗震性能水平。最后采用本文的方法及步骤对大岗山水电工程地下洞室群进行地震动力稳定性评估。结果表明,该方法较好地考虑了地震动的随机性,给出洞室群的抗震性能,并可进一步对地震动力稳定性进行概率分析,为大型地下洞室群地震动力灾变失稳提供准则。

地震工程学在桥梁抗震设计中的应用研究

在我国目前的桥梁抗震设计和分析中,主要研究的是各种类型桥梁的地震反应分析方法、设计方法、抗震构造措施等,对地震工程学方面的理论研究甚少,从而导致地震学与结构抗震两者之间缺乏联系,脱离了地震谈抗震。近年来,随着基于性能的地震工程学和抗震设计理论的出现以及不断发展,地震学的重要性日益凸显,因此必须将地震学与结构抗震有机联系起来。

高墩大跨连续刚构桥梁的地震经济风险分析

在基于性能的地震工程风险评估框架基础上,针对某高墩大跨连续刚构桥,选用一组地震记录,利用增量动力分析(IDA)方法,借助桥墩损伤状态研究成果,建立解析损伤脆弱性函数,通过假定损失比,将桥梁结构的地震经济风险表达为年预期损失(EAL)形式.实例分析结果表明:在设定地震下,由于中小级别地震所造成的年预期损失约占总损失的72%.对于地震多发地区,高墩大跨连续刚构桥的地震经济风险主要来自于中小地震的危险性,决策者应采取适当措施减小地震经济风险.

近场地震作用下型钢-混凝土组合结构桥易损性分析

考虑近场速度脉冲型地震动特征,对型钢-混凝土组合结构桥梁的地震易损性进行分析。以一座工字型钢-混凝土组合梁桥为例,从PEER数据库挑选60条近场地震动记录作为输入,对桥梁结构整体性能和局部性能两个层次的易损性进行分析,给出了桥梁结构的整体和局部地震易损性曲线。通过与远场地震作用下的桥梁结构地震易损性分析结果的对比研究,发现:近场速度脉冲型地震引起的桥梁结构整体和局部地震需求均显著大于远场地震;在近场地震作用下,桥墩是型钢-混凝土组合桥梁的最易损构件,混凝土横梁与栓钉的易损性水平低于桥墩。

强地面运动持时对钢筋混凝土桥墩地震需求的影响

在基于性能的地震工程学(PBEE)中,概率地震需求模型(PSDM)是一个重要部分,它需要对地震需求参数(EDP)进行概率估计。强地面运动的变异性对EDP的概率估计影响最大,作为强地面运动三要素之一的持时对结构破坏的影响已引起广泛关注。为了将持时与幅值、频谱的影响进行解耦,采用实际地震波和匹配同一反应谱的人工波,并进行合理的调值,对一座钢筋混凝土桥墩分别进行非线性动力时程分析。对比强地面运动持时和不同需求参数的相关性表明:持时对位移需求参数和延性需求参数影响甚微,但对表征能量的需求参数和累积破坏参数影响显著。同时,说明在选择结构第一模态周期谱加速度和合理的能量需求参数分别作为地面运动强度参数(IM)和EDP建立PSDM时,如何考虑持时的影响。

增量动力分析中地震动强度参数的有效性研究

分别对一6层规则框架、一规则超高层和一不规则超高层结构进行增量动力分析,以峰值加速度PGA、峰值速度PGV、峰值位移PGD、弹性加速度谱S_a(T_1)、速度谱S_v(T_1)、位移谱S_d(T_1)、Cordova等提出的参数S*以及周颖等提出的参数S12和S123为地震动强度参数,所有楼层的最大层间位移角为工程需求参数,通过对数空间的线性回归,以系数R^2为指标,对比分析这些参数的有效性.结果表明,反应谱参数的有效性均优于PGA;PGD有效性最差;对规则结构,S*的有效性高于S_a(T_1)和PGA;对不规则结构,低于S_a(T_1)但高于PGA;对考虑高阶振型影响的地震动强度参数,考虑振型数越多,有效性越高;对超高层结构,PGV的有效性最好;而对6层框架,PGV的有效性仅次于S*,显著高于其他参数.

桥墩地震易损性对地震波反应谱概率分布的敏感度

在基于性能的地震工程学理论(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)中,正确选择输入地震波进行结构动力分析对计算结果的精确性具有显著影响。因此,合理选择一座钢筋混凝土单墩模型以及两组实际地震波,通过增量动力分析方法,获得桥墩结构地震易损性对于反应谱概率分布特性特别是离散度的敏感性,分析结果显示:地震波反应谱的离散度及其概率分布对于桥墩结构的地震需求预计、工程需求参数危险性曲线、地震易损性曲线等概率统计分析结果影响显著,具有密切相关性;但桥墩抗震能力的离散度同样对地震易损性曲线具有较大影响,甚至会削弱地震波反应谱离散度的影响。因此,对于以全概率理论为基础的PBEE,应尽量选择实际地震波进行结构动力分析,并尽可能使所选地震波的反应谱概率分布符合实际的地震环境,才能显著提高计算结果的精确性和计算效率。

考虑强地面运动持时的概率分布对桥梁结构概率地震需求的影响

根据桥梁所在场地条件,选择合理的谱加速度衰减关系生成场地中值加速度反应谱,选择合理的持时衰减关系,抽取持时样本,生成2个匹配场地中值加速度反应谱的人工波库,对1座钢筋混凝土桥墩进行非线性动力时程分析,将持时对于EDP概率预计和PSDM的影响与幅值和频谱的影响进行解耦。得到以下结论:(1)考虑持时的分布与否对于EDP概率预计的影响不大,但可以有效地减小离散度,而且对能量需求参数的影响大于对位移需求参数。(2)当选择结构第1模态周期谱加速度和合理的能量需求参数分别作为地面运动强度参数和EDP建立概率地震需求模型时,可以通过选择地震波来考虑持时的影响。

考虑强地面运动持时影响的概率地震需求模型

选择合理的持时衰减关系,利用Monte-Carlo方法,抽取持时样本,根据震级M、震中距R和局部场地土壤条件S以及持时样本,选择符合条件的实际地震波记录,并进行合理的调值,对一座钢筋混凝土桥墩进行了非线性动力时程分析。对比强地面运动持时与能量需求参数和累积破坏参数的相关性,发现:幅值、频谱和持时对能量需求参数和累积破坏参数的影响是强烈耦合的,且强地面运动持时对两者的影响比较显著;在选择结构第一模态周期谱加速度和合理的能量需求参数,并分别作为地面运动强度参数IM和EDP建立概率地震需求模型时,要考虑持时的影响。

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。

地震动的频谱特性和持时对结构地震反应的影响研究及其现状

多年来,国内外地震工程界存在着一个严重缺陷,即地震学与结构抗震两者之间缺乏联系。随着基于性能的地震工程学(PBEE)的出现以及不断发展,地震学的重要性日益凸显。在结构抗震设计和分析中,强震地面运动特性的变异性对于结构地震需求的影响最大,其主要可以用幅值、频谱特性和持时3个基本要素来表示。震害经验表明,各类结构的震害表现为这3个基本要素综合影响的结果。因此,通过研究强震地面运动特性对于结构地震需求的影响,将地震工程学与结构抗震有机地结合起来是一个必然的发展趋势。

地面运动强度参数的选择对结构地震反应的影响研究及其现状

在基于性能的地震工程学中,采用地面运动强度参数(IM)来量化工程场地的地震活动性。一个理想的IM应该包含足够的关于地面运动特性的信息,可以将地面运动强度水平与结构地震反应水平有效地对应起来,还必须考虑到在地震工程学中,通过概率地震危险性分析进行地面运动危险性水平计算的可行性问题。因此,合理地选择IM,可以更加准确地预计在特定地震灾害环境下结构可能遭受到的最大破坏以及破坏规律,显著提高概率地震需求模型、工程需求参数危险性曲线以及易损性曲线等的精确性和计算效率。

与建筑物地震预期损失相关的结构地震反应预计方法研究

采用经济损失作为建筑结构抗震性能参数的方法可以用来预计建筑物在特定地震作用下的年平均预期损失。这种方法可以使用以构件为基础的方法来预计建筑物的经济损失,如何正确预计建筑物在不同地震作用下的结构反应至关重要。

Pushover分析在建筑结构地震分析中的应用研究

Pushover分析作为一种建筑结构弹塑性地震响应的简化近似计算方法和抗震性能评价方法已得到广泛应用。Pushover分析方法是一种简单和有效的抗震性能评估方法,对其开展深入研究以提高其精度,是抗震研究中的一个很重要的课题。