基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究

由于承重结构构件分布不均匀,导致高层建筑框架承重构件间的距离不相等。在地震时,这种不规则分布可能引起加速度共振效应,从而导致建筑失稳。为此,以地震动强度、地震动速度峰值、最大层间位移角为参数指标,分析高层建筑的极限状态,提出基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究。以某实际工程为试验对象,运用ABAQUS软件构造高层建筑框架结构三维模型,选取多条地震波以及符合场地条件的地震动记录进行验证,绘制地震易损性曲线。结果表明:在高层建筑框架结构中安装阻尼器,可增强结构中各构件的承载力,改善高层建筑抗震性能;增加钢板厚度可提高结构抗震水平,降低极限状态下框架结构IO、LS与CP的超越概率;提高混凝土强度,可改善框架结构抗倒塌性能。高层结构完成抗震加固后,抗震能力由0.91提升至1.01。由此证明,以增量动力分析得到的结构易损性为基础,对建筑易损性较大的地方进行加固、完善,能够改善高层建筑框架结构地震易损性,减少地震灾害损失。

基于增量动力分析的砌体结构地震疏散仿真研究

为研究地震作用下处于砌体结构房屋内人员的疏散能力,选取西安市城中村一栋典型砌体结构居民楼为研究对象。采用增量动力分析(IDA,incremental dynamic analysis),使用有限元软件对该居民楼建模,输入20条地震波进行时程分析,得到了在地震作用下每层的IDA曲线簇,找出在8度基本设防烈度地震和罕遇地震作用下各楼层的倒塌时间,这也就是人员可用的有效逃生时间,两者对比可以看出人员的伤亡情况。结果表明:在8度基本设防烈度地震作用下,疏散人员所需的安全逃生时间比罕遇地震所需逃生时间少10 s,RSET为85 s至95 s;砌体结构首层最先发生倒塌,顶层最后倒塌,ASET为8.72 s至10.89 s;有效逃生时间远小于安全逃生时间,不满足安全逃生的条件,地震将会造成大量人员伤亡。

增量动力分析方法在高层建筑结构抗地震倒塌可靠性评估中的应用

随着城市化进程的加快,高层建筑已成为城市建设的普遍方式。为确保高层建筑的安全,应对建筑结构的抗地震倒塌能力加以评估。传统的评估方法仅从建筑结构的整体性加以考虑,从而造成评估结果存在一定的误差,无法对建筑物的抗地震倒塌能力进行精确评估。基于此,文章以增量动力分析法进行可靠性评估,首先,计算高层建筑结构的抗地震倒塌储备系数。其次,通过增量动力分析法对高层建筑结构的抗地震倒塌能力进行可靠性评估。最后,通过实验与仿真进行可信度分析、准确度分析以及评估时间消耗分析。实验分析结果表明,增量动力分析法的可靠性评估结果可信度极高,评估准确度较高,评估工作所消耗的时间较短,具有极高的实际应用价值。

基于增量动力分析的装配式混凝土剪力墙结构抗震性能研究

地震灾害是现今较为常见的一种自然灾害,会对人类社会造成较大的损失,其中房屋坍塌是导致人类生命与财产出现损失的关键因素,对建筑结构的抗震性能进行研究便成为现今社会减震救灾的重要课题。现今建筑多为钢筋混凝土结构,建筑领域对混凝土框架结构的抗震性能研究十分常见,但关于装配式混凝土剪力墙结构的抗震性研究却较为稀少,为了更好地分析混凝土剪力墙结构的抗震性,促进装配式建筑在我国的发展,本文采用增量动力分析法对不同震级下,剪力墙结构的应力计算、极限荷载以及变形能力等进行分析。

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。

基于增量动力分析(IDA)方法的地震易损性工程实例分析

增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是一种以动力弹塑性时程分析为基础的参数分析方法,而建筑结构的地震易损性分析是指在不同强度地震作用下结构达到或超过某种极限状态的概率。文章基于IDA分析方法,通过选取一定数量的地震动记录,指定地震动强度指标并做归一化处理,利用OpenSees软件平台向结构碰撞数值模型输入地震动数据,计算得出结构倒塌概率,以地震动参数为随机变量,对数据进行拟合分析,建立倒塌概率易损性曲线,验证IDA方法的可靠性以及Opensees软件对于该类问题的适用性。

基于IDA的铁路超高墩地震易损性分析

为探究铁路超高墩结构的抗震性能并对其在双向水平地震作用下的易损性进行评估,以西部山区某高速铁路超高墩结构为研究对象,根据结构自身动力特性,以材料应变状态对应的截面曲率作为损伤指标,描述其不同的损伤破坏状态并确定不同损伤状态所对应的指标限值。基于IDA方法,从PEER数据库中选取10组远场地震动作为双向地震动输入样本,以ANSYS为平台建立超高墩有限元模型进行非线性动力时程分析,得到不同强度地震动对应的结构地震响应。结合能力需求比的对数回归分析,建立超高墩各控制截面的概率地震需求模型对其易损性进行评估,并采用一阶界限法计算超高墩整体损伤概率并建立易损性曲线。结果表明:H形双柱式薄壁空心超高墩在强震作用下各部位均会发生一定程度的损伤,其中墩底部位损伤最为严重,在PGA为1.0g时墩底部位轻微损伤、中等损伤和完全损伤的超越概率分别为98.71%、96.92%和36.02%;结构完全损伤概率较小,满足三水准抗震设防要求并具有良好的抗倒塌能力;易损性分析能够准确地反映超高墩的真实抗震性能,为实际工程中既有超高墩的震后损伤加固或新墩设计提供理论依据。

基于增量动力分析与多层感知机的混凝土坝地震易损性评估

传统坝体地震易损性评估所采用的非线性数值模拟手段的计算量很大,为兼顾大坝地震易损性评估的高效性与准确性,提出基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)与多层感知机(multilayer perceptron,MLP)的混凝土坝地震易损性评估方法。以我国西北地区某混凝土重力坝为例,建立三维坝体-库水-地基有限元模型并开展多组地震响应计算。利用等步长调幅处理所选地震动记录,并采用三向地震进行幅值输入;选取峰值[地面]加速度(peak ground acceleration,PGA)为地震动强度指标,坝顶顺河向位移为大坝损伤指标,初步进行混凝土坝易损性分析。提取各地震动特性参数作为输入,坝顶顺河向位移为输出,训练并测试MLP模型;扩充地震动以获取各地震动特性参数,利用MLP模型进行坝顶顺河向位移的快速预测,实现有限元结果的扩充,进行混凝土坝易损性分析,并绘制易损性曲线。结果表明,将MLP模型引入分析可有效扩充数据量,利用IDA-MLP耦合方法建立的大坝地震易损性曲线符合实际规律,验证了采用MLP模型预测混凝土坝损伤指标进而扩充数据的可行性,在保证精度的情况下大幅提高计算效率,为同类型水工建筑物的抗震安全评价和防震减灾提供科学依据。

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。

钢结构的增量动力分析(IDA)方法与应用

基于性能的抗震设计理论和方法是各国结构工程专家近年来广泛讨论的课题。增量动力分析(IDA)方法是更加全面评估地震作用下结构性能的一种参数分析方法。介绍了增量动力分析方法的基本内容及实施步骤。对六层的钢框架结构进行了增量动力分析,并得到了IDA曲线。

基于增量动力分析法的扬州金奥中心地震易损性研究

建筑物的地震易损性是指在不同强度地震作用下结构达到或超过某种性能状态的概率。为研究扬州金奥中心这一新建的超高层建筑在强地震动输入下的性能,本文利用有限元软件ANSYS对其建立了弹塑性模型;在选取合适的地震动记录并做归一化处理后,基于增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)对结构进行分析并得到了不同性能状态下的结构易损性曲线和损伤概率。结果表明,在高烈度地震作用下,金奥中心的结构失效概率较小且能满足规范规定的三水准设防要求;在7度和8度罕遇地震下,结构的28层为较薄弱楼层,平面角柱的第5层和核心筒剪力墙底部为抗震易损位置,可考虑适当加固。总体而言,扬州金奥中心的主体结构可靠合理,能够满足规范的抗震设防要求。

基于增量动力分析的建筑震害预测研究

地震中建筑物的毁坏是致使人员伤亡的主要原因之一,建筑物的震害预测对于地震防御工作具有重要意义。以上海的场地情况为工程背景,建立一个RC框架结构,进行增量动力分析(IDA),绘制了IDA曲线,研究了输入地震波条数和计算结果稳定性的关系,对比了两种不同的地震动强度参数的选取对结果的影响。研究表明:选取10条地震波进行增量动力分析,可以得出比较稳定的计算结果,如果对结果要求比较精确,可以选取20条地震波进行计算;依照S_(a)调整过的PGA作为地震强度指标进行震害预测得到的结果偏安全。总体而言,基于增量动力分析的建筑震害预测结果可以满足震害预测的新需求。

增量动力分析与云图法在地下结构地震易损性分析的应用

为了研究基于云图法与增量动力分析方法地下结构地震易损性对比分析,本文以两层双跨地铁车站结构为研究对象,基于ABAQUS/standard软件平台,建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元模型。采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在502条原始地震动记录(云图法)以及基于44条地震动调幅后(增量动力分析方法)作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA为地震动强度指标,分别建立了基于云图法与增量动力分析方法计算结果的地铁车站地下结构地震易损性曲线。结果表明:基于云图法与增量动力分析方法所评估的地下结构震后功能失效概率基本相等,最大差异仅为7.5%。与云图法相比,得益于调幅的优势,基于增量动力分析方法的地震易损性分析可以获取地下结构在任意地震动强度作用下的失效概率。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。

基于增量动力分析(IDA)方法的斜交网格结构抗震性能分析

斜交网格筒体结构和传统密柱深梁结构不同,其筒体由斜柱与水平梁围成,是近年来抗震研究中的新型结构,在国内外工程中也有着广泛的运用。现有关于斜交网格结构的研究存在静力和单一动力分析,为反映斜交网格结构的真实响应,并消除选取单一地震带来的偶然性,选取多条地震动参数,对两种结构进行增量动力分析(IDA),进一步对两种结构的动力研究提供了依据。结果表明:斜交网格外筒结构在每一次地震调幅计算下的最大层间位移角均小于密柱深梁外筒结构,并更晚进入屈服,且能表现出更好的抗震性能。

基于增量动力分析法的内柱失效钢框架连续倒塌研究

建立钢框架数值模型,采用非线性动力拆除构件法和增量动力分析法研究内柱失效对结构抗连续倒塌机制、传力机制和失效机理的影响及动力增大系数对结构抗连续倒塌能力影响,同时还分析了拆柱时间和楼板对结构抗连续倒塌的影响。结果表明,随着拆柱时间减小,拆柱位置结构最大动力响应呈增大趋势;楼板能够提高结构抗连续倒塌能力;内柱失效后发生结构内力重分布,原本由拆柱位置框架柱承担的竖向荷载均匀分配到其他框架柱,导致拆柱后拆柱位置框架柱轴力减小,隔跨柱的轴力变化明显小于相邻柱,距离拆柱位置越远,柱轴力变化越不明显。最后,总结了内柱失效后,梁、柱结构在梁机制、过渡和悬链线三阶段的受力情况,得出了考虑弯曲、悬链线和空腹效应情况下多层框架的抗力公式。

基于增量动力分析法的多柱失效钢框架连续倒塌研究

针对连续倒塌研究中单构件失效与实际偶然荷载造成多构件失效不符这一问题,建立11个数值模型。考虑楼板影响,采用增量动力分析法(IDA),研究多柱失效后剩余结构抗连续倒塌能力、失效机理和抗力计算,并与单柱失效进行对比。结果表明,多柱失效时,模型1在β≤1、模型2~6在β≤2时处于小变形阶段,由梁机制和空腹作用抵抗连续倒塌;大变形阶段时由悬链线机制和空腹作用抵抗连续倒塌。模型7~9在β≤2时处于小变形阶段,β继续增大无法形成有效悬链线机制,结构抗力由梁机制和空腹作用提供。单柱失效时,模型10和模型11在β≤3时处于小变形阶段,发生连续倒塌时最大β分别为4.8和5.4,单柱失效时结构抗倒塌能力大于多柱失效。随β值增大,多柱失效结构位移响应更敏感。CRS(column removal span)梁两侧框架侧向刚度不同会导致结构发生非对称破坏。同时分析模型1~6和模型7~9的CRS梁破坏机理,并总结多柱失效时梁机制、悬链线机制以及空腹作用的计算公式。

基于增量动力分析的地震易损性研究进展

地震易损性分析是建筑结构地震灾害估计的前提,是预测地震破坏和损失的关键技术。该文介绍建筑结构基于IDA的地震易损性基本理论及国内外的研究现状,同时指出目前该领域尚存在的问题,并指出今后研究的方向。

基于增量动力分析法的公路隧道地震易损性分析

为合理评估隧道结构在地震作用下的抗震性能,首先阐述了隧道结构地震易损性基本理论和增量动力分析法的计算方法,运用有限元软件建立了某公路隧道的数值计算模型,采用损伤指数确定了隧道结构的损伤指标,通过输入相应地震波,并利用增量动力分析法对隧道结构进行了动力时程分析,以此得到了隧道结构在不同衬砌厚度下的地震易损性曲线。研究结果表明:当衬砌厚度一定时,随着地面峰值加速度PGA的增加,隧道结构的失效概率不断增加,整体呈现先快后缓的增加趋势;在衬砌厚度与PGA相同的情况下,隧道结构的失效概率随损伤程度的减小而增大;在相同损伤状态下,衬砌厚度越大,隧道结构的失效概率越小;利用增量动力分析法得到隧道结构的地震易损性曲线,可以充分考虑地震作用的随机性和不确定性,并能全面反映隧道结构在不同损伤状态下的损伤概率,是一种十分有效的评估隧道抗震性能的方法。

多塑性铰混凝土桥墩增量动力时程分析

文章基于桥梁延性抗震设计,提出了一种采用FRP筋梯级配置的多塑性铰混凝土桥墩,该桥墩可形成与外力相适应的承载能力功能梯度,使桥墩于各梯级段底部形成塑性铰。文章采用CFRP筋对桥墩进行梯级配筋,分别设计了双塑性铰、三塑性铰、四塑性铰3种增强方案,并基于增量动力时程分析,将多塑性铰桥墩与普通钢筋混凝土桥墩进行对比,探讨多塑性铰桥墩设计方法对桥梁结构抗震性能的增强效果。研究结果表明,CFRP筋梯级配筋可使桥墩形成多塑性铰破坏,其塑性变形由各塑性铰分担;多塑性铰桥墩的损伤程度发展迟缓,较难达到极限破坏。

基于增量动力分析和纤维模型的矮塔斜拉桥结构抗震性能研究

基于OpenSees软件及其纤维模型的有限元方法,建立了典型矮塔斜拉桥的非线性数值分析模型,分析各构件的抗震性能指标。采用动力增量分析法(即IDA方法),对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下矮塔斜拉桥结构的构件破坏规律。分析了在不同加速度峰值情况下,矮塔斜拉桥主塔和边墩沿高度变化的应变包络图、主梁内力包络图及支座位移包络图。结果表明:与一般斜拉桥性能要求不同,矮塔斜拉桥的主塔可以发生损伤,塔底和边墩墩底为主要控制截面,支座在纵桥向地震组合作用下较易发生破坏,拉索和主梁是不易损伤的构件,主梁内力包络图的分布情况随着地震峰值的增加发生变化。