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。

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。

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。

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。

增量动力分析法在高层混合结构性能评估中的应用

增量动力分析法即对于一条特定的地震动输入,设定一系列单调递增的地震动强度;在每个地震动强度下进行结构的弹塑性时程分析,得到不同地震动强度与结构性能参数之间的关系;通过统计分析不同地震动下的结构性能参数与地震动强度之间的关系,来实现对结构性能的评估.增量动力分析法也可以看成是一种动力推覆分析法.详细介绍了增量动力分析法的计算内容和分析步骤,并将该方法运用于评估某高层混合结构的抗震性能.评估结果既可为高层混合结构基于性能抗震设计提供参考,也为增量动力分析在复杂高层结构中的应用提供基础.

基于增量动力分析方法的非对称独塔斜拉桥H形桥塔抗震性能评估

为研究空间异形斜拉桥桥塔在地震作用下的破坏过程和抗震性能,本文以天水市藉河非对称独塔斜拉桥为工程背景,采用增量动力分析方法(IDA,Incremental Dynamic Analysis)对该斜拉桥进行有限元动力弹塑性分析,得到了在顺桥向、横桥向地震作用下桥塔潜在的塑性铰区域和关键部位的IDA曲线。结果表明:由于桥塔采用保守的弹性设计,在罕遇地震作用下桥塔处于弹性状态;在极罕遇地震作用下桥塔虽不能完全保持弹性,但屈服后仍具有一定的安全储备,抗震性能较好。

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。

基于拟力法的增量动力分析方法

增量动力分析(IDA)方法是一种评价结构抗震性能的有效方法,但该方法需对结构进行大量的非线性动力时程分析,计算工作量大,耗时长,特别是在计算大型复杂结构时,此类问题尤为突出。提出一种基于拟力法(FAM)的增量动力分析方法,该方法通过引入附加虚拟荷载项,使得IDA运动方程在进行非线性求解时整体刚度矩阵始终保持不变,在多次调幅地震动激励下,通过存储和调用特定刚度矩阵,实现IDA分析全过程整体刚度矩阵的重复利用,进而提高计算效率。采用时间复杂度评价方法,定量对比了该方法与传统IDA方法的计算效率,并通过对8层钢筋混凝土框架结构分别进行IDA分析,比较了两种方法的计算结果以及时间复杂度,验证了该方法的准确性和高效性。

巨型框架结构基于增量动力分析法的抗震性能评估

详细介绍了增量动力分析方法的详细内容和分析步骤,采用工程中常用的最大层间位移角作为结构性能参数、地面峰值加速度作为地震动强度参数,通过对55层巨型框架结构进行IDA分析,得到该结构概率分位值为16%,50%和84%的IDA曲线及其对应的极限状态值,并用来评价巨型框架结构的抗震性能,为增量动力分析法在超高层结构中的应用提供参考。

村镇砌体结构基于增量动力分析法的地震易损性分析

本文拟建了一栋两层砖砌体结构有限元模型,在通过模态分析验证了数值模拟可靠性的基础上,将增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)应用到该砌体结构模型的地震易损性分析中,建立了结构在不同失效状态下的易损性曲线,得到了地震作用下发生破坏的条件概率。基于易损性曲线的分析结果,为村镇砖砌体房屋的抗震性能评估和震害预测,以及预测村镇砌体结构的地震破坏与损失提供有力的科学依据。

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。

基于最不利塔顶位移相图法的风电塔筒动力屈曲研究

风电结构作为一种高耸的薄壁结构,易发生动力屈曲破坏,而我国的风电结构大多都不可避免地建于地震易发区。以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型,对风-震耦合作用下风电塔筒的动力屈曲行为开展研究:基于谐波叠加法、叶素动量理论及尾流模型计算运转工况下风电结构所受风荷载;建立风电结构的有限元模型,探讨输入角度对于风电塔筒在风、地震及风-震耦合作用下的动力响应的影响;结合增量动力分析,提出基于“最不利塔顶位移相图法”来研究风电塔筒在风-震耦合作用下的动力屈曲行为,并探讨其主导因素。研究结果表明:风-震耦合作用会导致风电塔筒在强度方面的额外需求;在确定门洞的朝向问题上应考虑风-震耦合作用的因素;风-震耦合作用下风电塔筒呈现局部的塑性动力屈曲现象,而基于“最不利塔顶位移相图法”可以很好地判别并分析风电塔筒的动力屈曲。

基于增量动力分析和人工神经网络计算结构影响系数和位移放大系数

为考察不同的数据处理方式对计算结果的影响,利用ANSYS的瞬态动力分析功能对六层三跨的人字形、V形和SX形中心支撑钢框架进行增量动力分析(IDA).分别采用多项式最小二乘法和人工神经网络原理拟合增量动力分析的数据,得到结构的IDA能力曲线并计算结构影响系数和位移放大系数.结果表明:数据处理方式对结果有一定影响,利用人工神经网络原理进行结构IDA能力曲线的拟合,能够得到更真实的能力曲线.

基于修正IDA法的隧道地震易损性分析

为了研究隧道的抗震能力,通过修正增量动力分析法得到概率地震需求模型,将工程需求参数限值与概率地震需求模型结合得到各个地震动强度下的结构失效概率,获得结构的地震易损性曲线来评价隧道的抗震性能。以典型地下管廊和盾构隧道为例,利用SAP2000软件建立有限元模型,设立12种工况探讨了不同场地类别、埋深、截面尺寸对不同结构型式隧道抗震能力的影响。研究结果表明:场地类别对隧道结构损伤程度的影响最大,其中Ⅳ类场地中的结构危险程度最大;隧道结构在进入弹塑性工作阶段具有较好的抗震能力;埋深大的隧道结构比埋深小的更为危险;大横截面的隧道结构相比小截面的更为危险。

基于增量动力分析的多层隔震结构全寿命期地震成本研究

基于中国建筑抗震设计规范(GB50011—2010)建立了中国西部工程结构全寿命期地震成本概率模型,以中国西部具体地区(宁夏银川)为样本选择地区,以该地区简化多层基础隔震框架结构为样本进行结构全寿命期地震成本计算,基于IDA增量动力分析对该地区简化多层隔震结构全寿命期地震成本采用拉丁超立方样本(Latin Hypercube Sampling,LHS)法随机分析研究,结果显示对于多层结构采用隔震技术后地震巨灾保险费率从长期来看低于常规框架结构,通过对统计结果值进行的特征分析,隔震结构的Co V值显著地低于常规框架结构。研究结果对于已有城镇多层隔震建筑与多层钢筋混凝土框架结构地震巨灾保险未来推广具有指导意义。

基于IDA的网壳结构动力失稳分析

地震作用下网壳结构的倒塌本质上属于动力失稳问题,如何确定网壳结构倒塌的极限状态点,是网壳结构倒塌分析中一个非常重要的问题。采用近年来发展起来的一种用于评价结构抗震性能的动力参数分析方法,即增量动力分析(IDA)方法,作为分析结构整体倒塌能力的新方法,为网壳结构的动力失稳分析和倒塌分析提供了一个新的分析途径,并据此可以找到网壳结构倒塌的极限状态点。最后,指出该方法的优点和有待改进之处。

基于IDA法与Pushover法的混凝土核心筒抗震性能对比分析

足够数量地震输入的增量动力分析方法(IDA方法)是目前最为真实和先进的模拟结构抗震性能手段,而静力推覆分析方法(Pushover Analysis方法)操作简单,更为实用,可以较好揭示结构从弹性到屈服直至倒塌过程中构件的工作状态。采用2种方法对钢筋混凝土核心筒算例进行评估,并作对比分析。结果表明,采用IDA方法得到的4个性能水平与Pushover方法得到的指标限值有一定误差,但均在一定范围之内,采用IDA方法得到顶点位移角限值偏大;采用单一侧力模式的Pushover方法无法完全体现高阶振型及地震动等因素的影响,造成Pushover方法分析结果与结构实际弹塑性地震响应有一定差异。

基于增量动力分析的钢筋混凝土核心筒抗震性能分析与评估

增量动力分析(IDA)是目前分析和评估地震作用下结构抗震性能最为先进的方法。框架-核心筒结构及混合结构广泛应用于地震区的高层建筑中,结构的整体抗震性能主要取决于混凝土核心筒。应用增量动力分析方法对一个20层混凝土核心筒在不同强度地震作用下的反应和损伤过程进行了分析,采用需求能力系数法(DCFM法)对该核心筒的抗震性能进行了评估。结果表明,计算得到结构满足不同设防目标的可靠水平均达到90%以上,同时给出了基于IDA分析的核心筒在正常使用、暂时使用、生命安全和接近倒塌4个性能水平极限状态的层间位移角限值。