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。

罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨。总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayle igh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题。

基于增量动力分析方法的独塔斜拉桥地震易损性分析

斜拉桥是一种多次超静定柔性结构,其动力特性有别于常规桥梁。现行规范针对此类桥梁结构的抗震设计仅给出了基本设计原则。本文以一座混凝土独塔斜拉桥为研究对象,利用有限元软件OpenSees建立了该桥的有限元分析模型,并根据桥梁所处场地条件,从PEER强震数据库中选取16条地震波,基于增量动力分析方法建立了桥墩、主塔及支座的纵桥向地震易损性曲线。采用一阶可靠性方法对斜拉桥进行了整体地震易损性分析,对该桥的抗震性能进行了评估。分析结果表明:在地震作用下,辅助墩、主跨边墩和边跨边墩处支座相比其他构件更易受损,桥梁整体较易发生轻微损伤和中等损伤;斜拉桥整体易损性大于构件易损性;采用整体地震易损性分析结果来评估桥梁整体的抗震性能更加可靠。

考虑损伤效应的正交各向异性板的弹塑性静动力分析

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,进而建立了混合硬化正交各向异性材料的增量型弹塑性损伤本构方程和损伤演化方程。基于经典Kirchhoff板理论,获得了正交各向异性薄板的增量型运动控制方程,且采用有限差分法和迭代法进行求解。数值算例中,讨论了损伤演化、外载荷参数等因素对正交各向异性薄板弹塑性静动力性质的影响,数值结果表明,考虑结构的损伤和损伤演化时,结构的力学性质将发生显著的变化。

多层多跨预应力混凝土框架结构弹塑性静、动力分析

目前对预应力混凝土框架结构抗震能力的理解多是基于单跨预应力混凝土框架的低周反复荷载试验或振动台试验。然而,多跨预应力混凝土框架结构耗能机制和薄弱部位与单跨框架结构不尽相同。本文分别采用弹塑性动、静力分析方法(时程分析方法、Pushover分析方法)对一榀多跨部分预应力混凝土框架结构的抗震能力和屈服机制进行了分析研究,并通过对两种分析结果的比较验证了Pushover分析方法的可靠性。

外压对环肋圆柱壳轴向弹塑性动力屈曲的影响

采用增量理论 ,借助增量数值解法研究了复合加载 (轴向流 固冲击载荷 +径向均匀外压 )条件下环肋圆柱壳的弹塑性动力屈曲。采用类似B R准则和Southwell方法来确定临界载荷。

IDA在钢框架结构弹塑性分析中的应用研究

阐述了增量动力分析方法(IDA)是一种最有发展前景的方法,通过使用一组缩放地面运动记录下的非线性分析,可对钢框架结构在地震作用下的反应从弹性到弹塑性直到整个结构动力失稳做出全面的估计。

地震作用下结构反应的分析方法

地震是一种极具破坏力的自然灾害,为减少地震带来的各种损失,人类不断地研究结构体系在地震作用下的反应。本文介绍了几种地震作用下结构反应的分析方法,论述了这些方法的基本概念、计算公式、适用范围及其优缺点,着重阐述了增量动力分析方法的基本原理及分析步骤,指出增量动力分析方法是一种可靠、有效的分析方法。

结构抗震分析的耐震时程方法

耐震时程法是一种新的生成地震加速度时程的方法,其典型表征在于随着持续时间的增加,地震动强度逐渐增大,且任一时程的反应谱曲线与目标反应谱吻合。采用非线性最小二乘函数合成了基于我国抗震设计规范反应谱的耐震时程曲线,并研究了该方法的精度和可靠性。以耐震时程曲线和7条地震动作为输入,对比分析了弹塑性SDOF体系和7层钢筋混凝土框架结构的响应特征。结果表明,耐震时程分析结果处于7条地震动增量动力分析结果的包络线之内,其结果宏观上表现为多个地震动输入结果的平均值;耐震时程法能有效地预测结构的抗震效应且计算效率高。耐震时程法将为不同类型结构的地震响应分析与预测,结构抗震动力试验输入,结构的抗震性能评估等提供一种新的分析手段。

高层钢—混凝土混合结构抗震分析的耐震时程方法

本文以一典型的钢-混凝土混合结构为研究对象,应用耐震时程法(ET法)对其进行抗震分析计算与评估,并将计算与评估的结果与一般动力时程分析(THA)方法、增量动力弹塑性时程分析(IDA)方法、模型振动台实验方法得到的结果进行了对比。同时,进一步探讨了ET法计算中输入加速度时程曲线生成的不确定性及其对钢-混凝土混合结构抗震性能评估的影响。结果表明:ET法的结构抗震性能评估结果较THA方法更为可靠,采用结构各楼层的最大层间位移角或结构的最大顶点位移作为指标可以得到与IDA方法相当的地震损伤评估结果,并且计算效率大幅度提高。此外,初始波的选取对输入地震动加速度时程曲线生成的影响不能忽略,建议采用4条以上输入人工波进行耐震时程计算并取其极值或均值作为结构抗震性能评估的依据。

考虑我国场地土类型的弹塑性反应谱法在高层混合结构中的应用

弹塑性反应谱法中,强度折减系数、延性系数、周期之间的关系模型(R-μ-T关系)是影响计算结果的一个重要参数。各国学者考虑不同地震动记录、滞回模型、场地土条件、阻尼比等参数,提出了不同的模型,但在场地特征对关系影响上存在不同认识。本文按考虑我国场地土类型的模型,分别进行了某高层混合结构在设防7度、7.5度、8度、8.5度、9度下的弹塑性反应谱计算,得到了一系列结构最大层间位移角,并与增量动力分析(IDA)的结果进行了对比。分析表明,考虑我国场地土类型的高层混合结构弹塑性反应谱计算结果与IDA分析50%均值曲线吻合较好。本文计算结果可为弹塑性反应谱法在复杂高层结构中的应用提供基础。

基于循环Pushover及IDA方法的半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构的超强分析

为研究评估方法对量化半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)超强性能的影响,严格按我国现行抗震规范设计了一栋位于设防烈度为8度区的10层PSRCW标准算例。考虑钢材、钢筋、混凝土强度等材料力学性能的随机性,基于Latin超立方抽样方法将其扩展为40个PSRCW样本算例,采用广义乘方及均匀水平荷载分布模式的循环Pushover方法确定了40个PSRCW样本算例的滞回及骨架曲线,基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限值确定PSRCW结构的超强系数。随后,选取ATC63规范建议的2组22条近场及远场地震波,对10层PSRCW标准算例进行增量动力时程分析(简称IDA),基于概率法确定了10层PSRCW标准算例的超强系数。分析结果表明:评估方法对量化PSRCW结构超强系数影响显著,考虑材料随机性按广义乘方分布循环Pushover方法确定10层PSRCW标准算例的超强系数为1.3,按均匀分布循环Pushover方法确定的10层PSRCW标准算例的超强系数为1.73。考虑近场及远场地震波随机性按IDA方法确定10层PSRCW标准算例的超强系数分别为2.45和2.42。

动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用

动力弹塑性分析方法是结构分析技术发展的重要成果之一,也是数值仿真技术在工程领域的典型应用,目前已成为性能化抗震设计方法中的重要组成部分。但是由于其涉及到的理论知识、技术方法以及软件应用等均不同于传统的静力或者线性分析方法,一线工程师通常难以了解掌握。以数值仿真技术特征为切入点,从数值模型建立、数值分析方法、分析结果解读等几方面,探讨了动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用,并以ABAQUS软件平台为例,介绍了结构整体弹塑性数值模型的建立方法,以及结构整体与构件分析结果的输出与解读。

基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析

为了开展高拱坝-地基体系整体稳定地震易损性分析,从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发,综合考虑了地震动和材料参数的不确定性,采用增量动力分析方法(Incremental Dynamic Analysis,IDA),开展了基于概率统计框架的1000次非线性动力响应分析。分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标,以地震动峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)为地震动强度指标,定量的划分了高拱坝-地基体系的不同性能水平,绘制了地震易损性曲线,并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。结果表明,基于特征点残余滑动位移的IDA曲线可以将高拱坝-地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级;基于滑动面积比的IDA曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级;从而根据高拱坝-地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态,为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定,采用增量动力分析方法,提出改进损伤指标参数,对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比,定量分析桥梁结构损伤程度.首先,建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型,使用增量动力分析方法,进行大跨度桥梁2100次非线性时程分析;然后,以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象,选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值;最后,根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率,为桥梁抗震提供参考意见.

基于IDA的斜交梁桥地震易损性分析

该文基于IDA分析方法构造易损性曲线,对不同斜度的空心板梁桥进行地震易损性分析以及抗震性能评估。研究结果表明,当地震动沿顺桥向输入时,在同一PGA激励水平下,随着斜交角度增大,不管是桥墩墩柱,还是支座,超越某一特定损伤状态的概率都在逐渐增大。当地震动沿横桥向输入时,在同一PGA激励水平下,基本趋势是随着斜交角度增大,支座超越某一特定损伤状态的概率逐渐增大;但是在相同的横桥向地震动的激励下,不同斜度桥梁的桥墩墩柱的易损性曲线却几乎保持一致。

钢管混凝土框架-核心筒组合结构基于增量动力分析方法的抗震性能评估

钢管混凝土框架-核心筒组合结构增量动力分析中,对结构构件,特别是钢管混凝土构件非线性力学行为的准确模拟是保证分析结果正确的关键,基于壳单元、纤维梁单元,并结合组合构件的特点采用i Fiber LUT对钢管混凝土组合结构进行数值模拟;同试验结果对比分析表明该方法具有较高的准确性。通过典型算例分析表明,该方法可很好地应用于钢管混凝土框架-核心筒组合结构体系基于性能的抗震设计和评估中。

结构抗倒塌易损性分析中地震动输入不确定性影响研究

在结构抗倒塌易损性分析中地震动输入的选取只是众多环节之一,其不确定性影响往往被忽视。该文基于 PEER 强震动记录数据库,按震级、距离和场地参数(M、R、VS30)进行单变量控制将强震动记录分成 9 组,新定义指数 ISa 用以比较不同分组地震动的相对能量差异;对 3 层、8 层以及 15 层三种不同自振周期的混凝土框架结构采用 IDA 方法进行抗倒塌易损性分析,比较不同 M、R、VS30工况地震动输入下的易损性结果,同时与 ATC63推荐记录作为地震动输入的易损性结果进行了对比,结果表明:3 种结构的倒塌性态点 Sa(T1)均随着 M 增大、R增大以及 VS30 变小而减小;三种结构都体现了在大震、远场及软土场地的地震动作用下更加易损倒塌,与 ISa 指数体现的地震动蕴含能量的分布相一致;通过 SI 和 SImax 两个参数在不同工况下的对比,表明中长周期结构受距离的影响更为显著,以及震级对结构抗倒塌影响更敏感;以 ATC63 推荐的强震动记录随意用作地震输入被证实可引起结构抗倒塌易损性曲线较大的不确定性。为降低不确定性影响,建议在进行结构抗倒塌易损性分析时采用考虑场址危险一致性与结构自振特性的地震动输入选取方法。

基于IDA-MC的桥梁地震风险概率评估方法

针对目前桥梁地震风险评估考虑的风险因素单一的不足,并为避免复杂的解析分析,引入增量动力分析方法(IDA)与蒙特卡罗(MC)分析方法相结合的技术,同步考虑地震危险性与桥梁结构在地震作用下的易损性,提出基于IDA-MC的特大桥梁地震风险概率评估方法。依据桥梁所在场地的地震烈度概率分布,通过蒙特卡罗抽样得到数量充足的地震烈度值,将其转换为对应的峰值加速度,并结合IDA分析,结果得到大量的结构响应;根据地震损伤准则判断桥梁结构的损伤指数,进而统计桥梁结构在不同损伤等级下的风险概率。以飘浮体系斜拉桥为例进行了演示,分析过程及结果充分体现了该方法的高效性与准确性,并对飘浮体系斜拉桥的地震风险概率规律进行了深入分析,分析结果将对桥梁的地震风险、运营管理提供有力的技术支撑。

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。