基于特征向量信息支持向量机的RC框架易损性曲线预测

易损性曲线将结构破坏等级与地震动强度相关联,能够直观地反映结构破坏的概率,但在建立易损性曲线的过程中需要大量的结构非线性时程分析结果,因而计算效率不高。机器学习方法已被证明能较好地解决这一问题,但当训练数据的规模较大时,由于训练过程涉及求解大规模逆矩阵致使计算效率依然低下。为此,本文提出了一种特征向量信息支持向量机(EILS-SVM)的新方法克服此类方法的不足。在大规模数据集下,EILS-SVM能够筛选小规模子样本建立低秩核矩阵。这使得其训练过程只需求解小规模低秩矩阵的逆矩阵,进而极大提高计算效率。为了验证EILS-SVM的准确性和高效性,基于16500个钢筋混凝土(RC)框架在地震作用下的破坏数据,分别与支持向量机(LS-SVM)、随机森林、神经网络、线性判别分析(LDA)、贝叶斯作对比。结果表明,EILS-SVM能准确预测RC框架的易损性曲线,其计算效率最高能提升近27倍。

基于易损性曲线的斜拉桥横向抗震性能评估

针对斜拉桥在E1、E2两水准设防地震作用下横向抗震性能的合理评估问题,采用增量动力分析方法(IDA)从构件和结构体系两个层面构建了背景工程的概率地震易损性曲线,研究了背景工程在两水准设防地震作用下出现轻微、中等、严重等3类损伤状态时的超越概率水平,以此评估斜拉桥的横向抗震性能。研究结果表明:在构件层面上,主塔、拉索、过渡墩和辅助墩在两水准设防地震下出现3类损伤状态的超越概率均低于40%,且大部分低于30%,而球型钢支座出现中等损伤的超越概率最大超过50%,是全桥横向抗震薄弱环节;在体系层面上,不论是一阶界限法还是二阶界限法,结构的损伤超越概率均明显高于各构件,且在两水准设防地震下发生中等损伤的概率最高(E2地震下一阶和二阶界限法最高分别达88.77%和85.22%),而严重损伤的发生概率低于40%。

房屋建筑经验性地震易损性曲线研究进展

基于历史地震的海量震害数据建立经验性地震易损性曲线是我国防震减灾工作的重要内容。结合相当数量的文献,系统梳理了国内外经验性地震易损性曲线的研究进展及有关的规范或标准,剖析了经验性地震易损性曲线建立过程中房屋建筑分类、破坏等级划分、地震动参数选择、曲线拟合等各个环节存在的不足,结合现代灾害调查手段,提出了优化和扩大震害数据、合理选择地震动参数、标准化经验性地震易损性曲线的建立流程等建议。

110 kV干式空心并联电抗器振动台试验与易损性研究

电抗器是变电站的重要设备之一,上部线圈由底部陶瓷绝缘子支撑,整体尺寸大、重心高。由于结构形式的特殊性,其在地震作用下的动力响应较为复杂。本文对110 kV干式空心并联电抗器进行了振动台试验研究,通过白噪声测定了电抗器的自振频率和阻尼比;在0.15g和0.5g人工地震动输入下,测量了电抗器关键部位的应变、加速度和位移响应,分析了电抗器在地震作用下的动力响应规律,探讨了电抗器的可能破坏模式,进一步计算了电抗器的地震易损性曲线。研究结果表明:电抗器的动力特性近似于单自由度体系,一阶自振频率为3.3 Hz,阻尼比为3.9%;电抗器在地震作用下的变形主要发生在绝缘子以及绝缘子-线圈连接部位,上部线圈可认为是刚体;与绝缘子相比,绝缘子-线圈连接部位的刚度较小,变形更集中,是电抗器的薄弱部位;0.15g人工地震动试验后,电抗器自振频率下降3.6%,0.5g人工地震动试验后,电抗器自振频率下降6.3%;根据绝缘子实测应变,考虑地震作用与其他荷载产生的总应力,电抗器的安全系数为2.14,仍然具有一定的安全储备;基于试验结果计算电抗器的地震易损性,抗震能力中值为0.965g,对数标准差为0.4。

隧道纵向地震易损性分析

为研究隧道纵向抗震性能,使用改进的地基梁-弹簧非线性分析模型计算隧道纵向地震响应,其中采用PQ-Fiber纤维梁模型模拟隧道纵向的非线性行为,并施加弯矩来考虑隧道与场地之间的切向相互作用。随后,将基于增量动力分析(IDA)方法的结构地震易损性分析方法应用于隧道结构,探究适用于隧道结构的地震动强度指标(IM)。选取12条近场地震记录,用于IDA分析隧道纵向的抗震性能水平。将概率地震需求模型与工程需求参数相结合,建立结构的地震易损性曲线。结果表明,峰值速度(PGV)是适用于隧道纵向抗震性能的地震动强度指标;场地类型对隧道纵向损伤程度的影响最为深远,其中Ⅰ类场地在地震作用下损伤概率最大。此外,将计算所得易损性曲线与经验易损性曲线和横向易损性曲线进行对比分析,验证了模型的可行性,为隧道结构的抗震设计提供了一定的参考。

我国沿海地区RC框架结构地震易损性分析

文章考虑到近海大气的腐蚀环境,在材料层次,通过考虑钢筋应力及弹性模量削弱、混凝土碳化作用、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子等侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于实验数据从构件和框架整体上验证了模拟方法的正确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型,对6层和9层的不同龄期的框架结构,采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,得到了不同腐蚀龄期、层高、设防烈度的易损性曲线。结果表明:同一设防烈度下,腐蚀龄期越长,结构的超越概率越大;同一龄期下,设防烈度越低,结构的超越概率越大。

带竖向接缝装配式剪力墙易损性研究

竖向接缝是装配式剪力墙结构中的关键部位,对57个足尺带竖向接缝的装配式剪力墙试验数据进行了易损性分析。依据该类剪力墙构件试验过程的破坏模式提出了5个损伤状态;以位移角为工程指标参数,建立了该类剪力墙的易损性曲线和各损伤状态下的易损性参数;并量化评价了设计轴压比和剪跨比2个关键设计参数对其易损性的影响;对比分析了直接拼接和后浇带拼接两种竖向接缝形式对该类试件易损性参数的影响。结果表明:除竖向接缝混凝土出现掉渣,受压区保护层轻微脱落外,其余损伤状态下的易损性曲线基本满足对数正态分布;直接拼接装配式剪力墙和后浇带拼接装配式剪力墙之间的易损性参数在竖向接缝混凝土结合面开裂,边缘纵筋屈服损伤阶段存在差异,该阶段对应的位移角拟合中值绝对差值和相对差值分别达到0.11%和28.2%。

考虑氯离子侵蚀的高桩码头时变地震易损性分析

地震易损性分析是评估高桩码头结构抗震性能最有效的工具之一,它能够量化给定地震动参数下结构发生破坏的概率。本文针对典型高桩码头结构,探究了氯离子侵蚀导致钢筋及混凝土材料性能退化的规律,基于开源数值计算平台OpenSees,对浪溅区桩基区域的截面特性考虑腐蚀效应,建立了高桩码头二维有限元模型,探讨了氯离子侵蚀对高桩码头结构时变地震易损性的影响。采用Pushover分析方法确定了高桩码头各损伤状态的地震需求界限值。通过对不同腐蚀年限下的码头模型输入80条地震动,对构件能力需求比进行对数回归分析,形成高桩码头时变地震易损性曲线。研究结果表明:氯离子侵蚀会导致面板位移及桩顶弯矩减小,桩顶曲率略有增加;在高桩码头的使用寿命中,结构在不同损伤状态下的地震易损性均随服役时间的延长而增大。

考虑衬砌减薄及脱空的公路隧道地震易损性研究

衬砌背后脱空、衬砌厚度不足是我国运营隧道的典型质量缺陷,这些缺陷的存在会直接影响隧道结构的抗震性能,加剧隧道的地震损伤。近年来,基于质量缺陷对隧道抗震性能影响的研究多采用确定性方法,缺少考虑地震波随机性的定量评估。依托云南某两车道运营公路隧道,采用增量动力分析(increment dynamic analysis,IDA)方法开展了考虑衬砌减薄及脱空组合缺陷的一系列隧道地震响应时程分析。根据隧道地震易损性分析理论,建立了组合缺陷影响下的公路隧道地震易损性曲线,分析了组合缺陷程度、缺陷位置、围岩等级和地震波入射方向等因素对隧道地震易损性的影响。结果表明:衬砌减薄及脱空组合缺陷程度、缺陷位置、围岩级别和地震波入射方向均对隧道地震易损性有重要影响。组合缺陷的存在增大了隧道结构的易损性,随组合缺陷程度的增大,衬砌地震损伤概率呈非线性增加。质量缺陷对隧道易损性的影响程度随发生部位不同而异,拱肩缺陷对隧道易损性的影响大于拱顶缺陷。围岩等级越差,隧道易损性受组合缺陷的影响就越大。隧道在横向地震作用下的易损性大于竖向地震作用下的易损性,且易损性受地震波方向的影响随缺陷位置的不同而异。缺陷位于拱肩部位时,隧道结构易损性受竖向地震动的影响更大,而缺陷位于拱顶时受横向地震动的影响更大。

考虑不确定性斜拉桥参数的重要性与易损性分析

许多结构参数对桥梁数值模型的计算结果产生影响,结构的恒载、阻尼以及相关材料特性等参数涉及的不确定性被称为建模不确定性。研究表明建模不确定性的存在使得结构易损性曲线的偏差程度达到70%,因此在地震易损性分析中考虑不确定性很有必要。文章采用一种基于随机森林(random forest,RF)模型的概率地震需求模型(probabilistic seismic demand model,PSDM)易损性计算方法,分析桥梁构件的材料特性、荷载条件和构件几何特性等不确定因素对桥梁易损性的影响,并从中筛选出重要的不确定性参数。借助随机森林模型的学习与预测功能对结构易损性曲线进行预测。

钢筋混凝土框架结构地震倒塌易损性分析

地震作用下建筑结构的抗倒塌能力是基于性能抗震设计的核心目标。为研究不同高度的RC框架结构抗倒塌能力,提出了基于结构抗倒塌储备系数(CMR)的钢筋混凝土框架倒塌易损性的研究方法。按照我国现行规范设计了几个多层钢筋混凝土框架结构,采用IDA的计算方法,得出不同高度RC框架结构相应的倒塌易损性曲线和归一化的倒塌易损性曲线。根据计算结果评价结构的抗倒塌能力和安全储备。

计算近场地震作用下隔震结构支座破坏易损性曲线的概率凸集混合模型

用凸集模型模拟隔震结构参数的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构支座发生破坏的易损性曲线计算新方法;计算结果将给隔震支座力学参数的设计提供参考;通过计算对比可知,若不考虑结构参数不确定性将低估隔震支座破坏的地震易损性;对计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,上部结构质量的影响次之,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,本文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。

基于易损性曲线的RC桥墩地震损伤评估

为评估地震作用下钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,基于墩顶水平位移的损伤指标,提出了一种新的基于易损性曲线的地震损伤评估方法.建立非线性有限元分析模型,利用IDA增量动力分析得到损伤指标与PGA之间的对数线性关系,并由此获得了不同地震动强度下RC桥墩的易损性曲线.研究表明:本文所提出的地震损伤评估方法计算简单,能够有效地评估RC桥墩在不同地震动强度下的破坏状态,为震后RC桥墩的安全评估与加固提供了理论依据.

钢筋混凝土剪力墙和连梁易损性曲线研究

构件易损性曲线表征了构件的指标参量(如位移角、转角等)与达到某个指定损伤等级的概率之间的函数关系,可用于评价构件的损伤程度和确定修复方法,是结构抗震性能和韧性评价的重要依据。该文对满足中国GB 50011―2010《建筑抗震设计规范》要求的74个钢筋混凝土(RC)剪力墙试件和32个RC连梁试件的试验数据进行了统计分析,确定了构件的各损伤等级对应的损伤状态现象及相应的修复方法;并分别采用位移角和连梁转角为指标参量,建立了RC剪力墙和连梁的易损性曲线。分析讨论了设计轴压比对RC剪力墙易损性曲线的影响,以及跨高比对RC连梁易损性曲线的影响。比较了该文建立的易损性曲线和美国FEMA P-58规定的易损性曲线,并分析了两者差异原因。

高速公路钢筋混凝土桥梁地震易损性曲线建立方法

总结了地震作用下高速公路钢筋混凝土桥梁主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及桥梁本身参数等不确定性。进一步说明如何考虑桥梁主要易损构件,如桥墩、支座和桥台等对整个桥梁体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计桥梁体系的易损性,表明桥梁作为一个体系,比任何一个单独的构件更易损。

基于损伤指标和易损性曲线的圆形钢筋混凝土柱建模分析

为了解混凝土构件在地震等灾害工况下的整体损伤情况,针对圆形钢筋混凝土柱,建立非线性动力学分析模型,通过搭建结构试验体模型,对比理论分析与试验测试结果。在此基础上,建立了圆形钢筋混凝土柱体的损伤模型,基于Park-Ang损伤理论模型,给出圆形钢筋混凝土柱的地震损伤评估指标,并结合损伤指标进行试验体模型的易损性曲线的分析,根据圆形钢筋混凝土柱试体的易损伤曲线,可以很清晰看到不同的地面峰值加速度下,试体不同程度损伤的概率,有助于评估地震作用下,类似构件所造成的不同损伤程度和概率,从而进行对应结构的补强或经济效益补偿。

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density,FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明:随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。

钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构概率地震易损性评估研究

为了研究钢管混凝土(CFST)框架-屈曲约束支撑(BRB)结构的抗震性能以及地震动持时对结构概率地震易损性的影响,基于能量平衡的塑性设计方法,设计了9层框架支撑结构.选取其中一榀单层单跨的框架支撑试件进行了低周循环加载试验和数值分析.采用OpenSees程序建立了9层典型三跨子结构的弹塑性分析模型;通过增量动力分析法得到了结构在不同工程需求参数和地震动强度参数下的易损性曲线,分析了地震动持时对结构抗震性能的影响.研究结果表明:试件的水平荷载-位移滞回曲线饱满,耗能稳定;结构90%的塑性变形耗能集中于屈曲约束支撑;整体损伤因子(ODI)可以较好地反映地震动持时对框架支撑结构累积损伤的影响;长持时地震动下结构的倒塌中位值比短持时的低24%.以ODI为工程需求参数时,考虑地震动谱加速度和重要持时的地震动强度综合指标INP-D表现出更优的实用性、有效性、充分性和调幅鲁棒性.对于I_(NP-D),罕遇地震水平下,长持时地震动下的ODI超越0.2和0.4限值的概率分别是短持时的1.74和5.0倍,因此建议钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震设计和分析应关注地震动持时对结构累积损伤的影响.

基于谱位移的中国高层建筑地震易损性曲线研究

地震结构易损性模型是灾害风险评估的重要组成部分,而在目前的中国,随着城市化进程的加剧,目前建成了数量庞大的高层、超高层建筑,但却缺少专门适用于高层建筑的易损性模型。研究通过对已有高层、超高层建筑抗震分析资料及其他基本信息进行统计汇总和分析计算,并利用统计学方法对所得数据进行处理,以最大层间位移角作为目标结构需求,研究了基于谱位移(Sd)的结构地震易损性。根据不同的设防标准和不同的性能水平,建立了相应的曲线,并综合考虑了结构的高度、场地等相关因素的影响。研究获得的系列易损性曲线可以对不同强度地震作用下的高层、超高层结构损害进行有效的评估,并为地震灾害评估提供有价值的参考。

框架-剪力墙结构的地震易损性曲线建立方法

总结了地震作用下框架-剪力墙结构的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,当然,还要考虑到地面运动、本地土壤条件等不确定性。框架-剪力墙结构体系则是目前高层结构所普遍采用的结构形式之一,因此展开该结构地震易损性分析研究对震害应急及防御都有重要的应用价值,并通过建立易损性曲线来直观了解框架-剪力墙结构地震易损性情况。