基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明:桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35 g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3^(#)、4^(#)桥墩)比相对较低的桥墩(1^(#)、2^(#)桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。

融合三维断层源和二维潜在震源区的随机抽样概率地震危险性分析算法研发

文中采用蒙特卡罗随机抽样方法,研发了一套融合传统二维潜在震源区(下文简称“潜源”)和三维断层源的概率地震危险性算法。该算法不仅适用于传统的区域面源,同时还能考虑地震的破裂尺度并兼容三维断层源的概率地震危险性计算。文中研发的算法可高效实现断层源地震事件集的三维模拟,并将地震破裂尺度引入到概率地震危险性计算中,显著提高了近断层地区地震危险性计算的合理性。为了提高程序的执行效率,算法采用预先在平面潜源中充填网格点的方式随机模拟地震事件在潜源内的均匀分布。对于椭圆衰减的地震危险性计算,算法采用了预先构建不同震级、距离及不同场点与潜源长轴方向夹角下的短轴距的三维矩阵,通过查表和插值方式直接获得相应场点的短轴距,避免了循环迭代逼近短轴距计算效率低下的问题。分别利用五代图的概率地震危险性程序和文中研发的算法,计算了湖南长-株-潭(长沙-株洲-湘潭)城市群所处的中强地震活动环境的区域地震危险性以及近断层源的常德、株洲2个场点在不同概率水平下(重现期分别为50a、 475a和2 475a)的地震危险性。比较研究表明,五代图的程序低估了三维断层源附近的地震危险性,且随着概率水平的降低,低估的程度越来越高。最后,利用太平洋地震工程中心(Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER)验证概率地震危险性程序的算例(数据集1案例10)验证了文中算法的可靠性。

考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失

研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失,对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。建立高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架,引入双地震动强度参数,采用增量动力法进行易损性分析,得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比,验证了所建模型及易损性曲面的合理性;以此为基础,评估隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明,建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤,在高速公路隧道设计基准期内,轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大,中等损伤次之。该隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。

顾及坡体赋存环境的概率地震滑坡危险性制图

位移模型是评估地震滑坡危险性的一种重要方法。作为位移模型主要输入的岩体参数,一般仅考虑岩体的岩性差异,而对岩体所在坡体赋存环境不同而产生的岩体强度空间差异性缺乏必要考虑,影响地震滑坡危险性评估的可靠性。本文基于汶川同震滑坡分析与影响因子定权研究,提出了一种基于位移模型且顾及坡体赋存环境的概率地震滑坡危险性评估方法,研发了基于ArcGIS的概率地震滑坡危险性制图模块,并以康定为例进行了应用试验。根据第五代中国地震动参数区划图提供的地震动峰值加速度,进行了常遇、罕遇地震场景下康定地震滑坡危险性制图。结果显示,相比于未顾及坡体赋存环境影响,本文方法能够识别出更多潜在地震滑坡危险区;在常遇地震场景下,康定部分区域为地震滑坡高危险区域,其分布主要受构造环境与降雨影响;而在罕遇地震场景下,康定受地震影响的范围显著增加,且呈现明显的集聚现象,尤其是康定城区附近及G318国道康定-泸定路段两侧存在大量地震滑坡高危险区。此外,对因岩体强度差异导致的地震滑坡危险性制图的不确定性进行了量化分析,结果显示,岩体强度参数是导致评估结果存在不确定性的重要因素;实践中,应针对具体应用场景选择合适的岩体强度开展概率地震滑坡危险性评估与制图。本文方法扩展了GIS的地灾风险制图应用,具有普适性,可持续改进;试验成果可为康定未来土地利用规划、地震地质灾害防治及川藏铁路安全提供参考依据。

基于地震灾害风险普查的概率地震危险性分析--以从化区为例

为了厘定概率地震危险性分析方法在地震灾害风险调查与评估工作中的适用性,针对从化区,以中国地震动参数区划图(GB18306-2015)提供的信息为依托,给出其周边的潜在震源区划分、地震活动性参数及地震动衰减关系,基于地震灾害风险普查资料,利用概率地震危险性分析(CPSHA)方法对其进行地震危险性分析。确定了对从化区地震动峰值加速度起主要贡献的几个潜在震源区及贡献值,计算了从化区未来50年超越概率63%、10%、2%和100年超越概率1%的PGA分布,基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)平台绘制了从化区4种概率下的基岩及地表地震动峰值加速度值分布图。结果表明:背景源(17)、广州、佛冈、河源、担杆岛、珠海和东莞潜在震源区对计算区内PGA起主要贡献;区内50年超越概率10%地表地震动分布中间高两边低。

基于概率地震需求分析的750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系地震易损性模型

变电站作为电力系统的枢纽,其抗震性能评估尤为重要,其中罐式断路器耦联体系是变电站中的重要设备之一。为研究750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的抗震性能,采用增量动力分析(IDA)以及概率地震需求分析(PSDM)相结合的方法评估了其地震易损性。首先分析了750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的结构特性和震损特征,构建了有限元模型。通过增量动力分析(IDA),以地面峰值加速度(PGA)为地震动输入参数,得到关键易损部位的地震响应。在此基础上,通过概率地震需求模型(PSDM)生成了每个易损部位在不同震损状态下的地震易损性曲线。最后,基于可靠度理论计算得到了750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的地震易损性模型。结果表明,可以确定该结构在不同PGA下发生完全、严重、中度和轻微损坏的概率,反映了结构的抗震性能水平,例如当PGA达到0.6 g时,750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系4种破坏状态的概率分别分0%,1%~5%,88%~93%和100%。

基于三维断层源的概率地震危险性分析——以马边-盐津断裂为例

以马边盐津断裂为例,旨在建立一种基于三维断层源的概率地震危险性分析方法。首先,根据马边-盐津断裂带的断层源模型,通过地震矩平衡原理和潜在震源区发生率转换两种途径分别建立了断层源模型的震级-频度关系,其中地震矩平衡原理综合考虑了特征地震模型和G-R模型两种震级频度关系,采用Openquake软件计算了断裂附近基于4种适用于断层源的地震动预测模型的未来50年地震危险性结果。结果表明,纯面源、断层源方案一和断层源方案二地震危险性依次增大,且采用不同的衰减关系所得结果存在一定离散性;两种基于断层源的计算结果均表明目前对地震危险性的估计偏低。该结果可对未来三维断层源的地震危险性分析工作提供一定的参考。

基于改进云图法的结构概率地震需求分析

概率地震需求分析是美国太平洋地震工程研究中心(Pacific Earthquake Engineering ResearchCenter,PEER)提出的新一代"性能化地震工程(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)"理论框架的重要一环。传统的概率地震需求分析方法称为"云图法",这种方法针对确定性结构进行一系列地震动作用下的非线性动力分析,从而得到地震动强度参数与结构地震需求的"云图"。然而,传统的云图法只能考虑地震动的不确定性,而无法考虑结构的不确定性。为此,结合拉丁超立方体抽样技术,提出一种能综合考虑地震动不确定性和结构不确定性的改进云图法,并将传统的概率地震需求分析内容拓展为概率地震需求模型、概率地震需求易损性分析、概率地震需求危险性分析三个层次。以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别采用传统云图法和改进云图法对其进行概率地震需求分析,得到了该结构的概率地震需求模型、地震需求易损性曲线和地震需求危险性曲线。分析结果表明:提出的方法可以有效地考虑地震动与结构的不确定性,避免不考虑结构的不确定性而低估结构的地震风险性。

概率地震危险性分析、分解与设定地震及其在西安地区的应用

本文以Arc GIS为平台,以西安地区为研究对象,以西安地震局提供的信息为依托,给出西安地区的潜在震源区划分以及地震活动性参数,根据随机有限断层模拟得到西安地区地震动强度预测模型,基于离散算法平台,以潜在震源区为基本单位,将潜在震源区离散成栅格并看成点源,分别计算每个栅格对场地的地震动超越概率,即概率地震危险性分析。在此基础上进行概率地震危险性分解去确定某一最可能造成所需危险水平下的地震动强度参数的贡献率,最后根据加权方法确定设定地震。研究结果表明:在0. 2 s、1. 0 s和2. 4 s这3个周期的谱加速度值,相同危险性水平下,对场地贡献较大的潜在震源基本相同,但是各潜在震源的相对贡献率依然有差别;对于不同的危险性水平,对场地贡献较大的潜在震源区的数目区别很大,但基本都是靠近场地附近的几个潜在震源,且比较集中。

非线性参数拟合的桥梁概率地震需求模型研究

针对云图法建立概率地震需求模型时部分工程需求参数(EDP)与地震动强度参数(IM)间不满足对数线性回归关系假设的问题,建立某三跨混凝土连续梁桥的3D有限元模型。采用IDA方法建立桥梁概率地震需求模型,并以IDA分析结果为基准,在同一地震动参数下,采用基于不同拟合方式的云图法建立概率地震需求模型并得到了结构在不同破坏状态下的易损性曲线。研究表明,当EDP与IM之间的数量关系不满足云图法对数线性关系基本假设时,选择恰当的非线性参数拟合方式可以显著提高云图法建立概率地震需求模型的精度。

基于多维性能极限状态的概率地震需求分析

基于概率地震需求分析(PSDA),分别采用增量动力和非线性时程分析,得到某框架结构的最大层间漂移比和最大加速度响应,通过定义多维性能极限状态的性能水准,计算该结构的多维地震易损性,联合地震动危险性曲线,建立了年平均超越概率的三重积分公式,采用梯形法求得50年内地震需求(漂移)危险性曲线。在此基础上,进行了同时考虑性能极限状态的随机性和相关性对结构需求危险性的敏感性分析。在性能极限状态不确定性中选择适当的变异系数(cidrcpfa)及相互作用因子NID R,能够使年平均超越概率增加;相比单一极限状态,考虑二维极限状态的年平均超越概率也将提高。研究结果表明,所提方法可描述对多维响应参数敏感的结构破坏行为,可获得设计基准期内更加符合实际的结构需求危险性曲线,为震后损失估计提供可靠的理论依据。

基于Newmark模型的概率地震滑坡危险性分析方法研究——以甘肃天水地区为例

本文以天水地区为研究区,结合地震潜在震源区模型和Newmark位移预测方程,采用概率地震危险性分析方法,计算了该地区50年超越概率10%水平下的Newmark位移。同时,根据天水地区50年超越概率10%下的阿里亚斯烈度,并结合Newmark位移与阿里亚斯烈度的关系式,计算了天水地区在遭受50年超越概率10%下的阿里亚斯烈度影响时,潜在滑坡体产生的Newmark位移分布。通过比较上述两种方法得到的天水地区不同Newmark位移的分布特征,本文认为二者虽然存在较大差异,但其空间分布特征均能反映天水地区每个场点处的相对滑坡危险性。对滑坡危险性水平进行分区的结果显示,天水地区60%以上的区域具有高地震滑坡危险性,50%以上的区域具有甚高地震滑坡危险性。本文的研究结果可以作为天水地区地震危险性及风险评估的参考资料,也可以作为天水地区城市规划、土地使用规划、地震应急准备以及其它公共政策制定的参考资料。

基于概率地震需求分析的铅芯橡胶支座抗震性能研究

选取谱加速度为地震动强度参数,最大墩底弯矩为工程需求参数,对铅芯橡胶支座隔震简支梁桥与非隔震简支梁桥进行概率需求分析,定量计算研究铅芯橡胶支座对提高桥梁结构抗震性能作用。计算结果表明,隔震桥梁结构回归方程斜率均小于非隔震桥梁结构回归方程斜率,说明隔震结构对地震动强度改变的敏感性小于非隔震结构;场地危险性分析表明,同一场地桥梁结构体系遭遇某水平谱加速度的超越概率,隔震结构小于非隔震结构,应用隔震支座可降低桥梁结构对应的场地危险性;概率地震需求危险性分析表明,铅芯橡胶支座隔震桥梁结构发生墩底纵筋屈服年超越概率远小于非隔震结构概率。研究表明,概率地震需求分析方法可作为基于概率的定量分析方法用于不同结构体系的桥梁结构抗震性能评价。

结构不确定性对高速铁路矮塔斜拉桥概率地震需求的影响

为研究结构不确定性对高铁矮塔斜拉桥概率地震需求影响,以怀邵衡铁路沅江大桥(90+180+90) m的矮塔斜拉桥为研究对象,基于随机参数概率分布,考虑混凝土材料相关性,采用拉丁超立方抽样方法建立地震动-桥梁样本。通过OpenSees软件建立非线性动力时程模型,并采用增量动力分析方法计算、对比分析并明确不确定性与确定性对矮塔斜拉桥概率地震需求的影响,探明桥梁地震需求与随机参数的关系。研究结果表明:支座摩擦因数、混凝土容重、核心混凝土峰值应变、核心混凝土峰值抗压强度、阻尼比、结构尺寸、非核心区混凝土的应变和强度是影响高速铁路矮塔斜拉桥概率地震需求的敏感参数。纵横向地震作用下,索塔曲率和梁端转角变化异于其他地震需求参数。结构不确定性对该桥概率地震需求分析影响显著,将梁端转角作为地震需求参数,为探明高速铁路桥梁地震功能损伤分析提供依据。充分考虑结构不确定性因素影响,是保障桥梁地震易损性分析准确可靠的基本前提,对厘清桥梁地震损伤具有理论及实践意义。

大跨径桥梁结构概率地震需求分析中地面运动强度参数的优化选择

对于大跨径桥梁结构,应结合地震工程学和结构抗震两个方面选择合理的地面运动强度参数(IM),进行动力分析。针对一座高速公路双塔斜拉桥采用非线性动力时程分析方法,分析不同的IM对于结构地震需求的影响,可以得到以下结论:对于不同桥向,在累积质量参与系数贡献显著的周期范围内,反应谱对结构地震需求影响显著,且高频区段反应谱的影响大于低频区段。应该采用对结构地震需求影响显著的反应谱区段内质量参与系数较大的短周期谱加速度或PGA作为IM。

余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响

本文以东北、华北及川滇地区为例,系统研究了余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响.采用基于传染型余震序列模型(ETAS)的蒙特卡罗模拟方法,模拟了包含余震和不包含余震的两套地震序列,然后以模拟地震目录为基础输入,采用基于空间光滑地震活动性模型的地震危险性分析方法计算了两套地震危险性结果——PGA(Peak Ground Acceleration,峰值加速度),通过分析比较这两套PGA的绝对差值和相对差值来研究余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响.研究结果表明余震对50年超越概率10%地震危险性计算结果的影响均值为6%左右,最大可达10%,并且随着超越概率水平的提高,余震影响也越大.弱地震活动区余震对概率地震危险性分析的影响要高于强地震活动区.研究结果还进一步揭示两套PGA结果绝对差值的最大值约为15 cm·s^(-2),且出现在高PGA区,这意味着余震对概率地震危险性计算结果不会产生显著影响.因此在地震区划或一般性地震危险性分析中可考虑不用删除余震.

基于特征地震模型含时间的概率地震危险性分析方法及其应用研究

本文介绍了特征地震的对数正态分布模型、正态分布模型和布朗过程时间模型,提出了使用地震破裂面源模型的特征地震含时间的概率地震危险性分析理论和方法.通过具体算例对不同的特征地震模型进行了比较,并对特征地震危险性分析方法进行了系统探索.研究结果表明,特征地震含时间模型在复发周期早期的地震危险性低于不含时间模型,而在后期其地震危险性则高于不含时间模型.特征地震复发周期的对数正态分布模型与布朗过程时间模型计算得出的地震危险性差别不大.在未到期望复发时间时,正态分布模型与前两种模型计算的地震危险性差别不大;而接近期望复发时间及之后时段,正态分布模型计算的地震危险性则迅速增大.

公路规则桥梁实用概率地震需求模型

概率地震需求模型是实现工程结构基于概率和性能的抗震设计至关重要的一环。针对公路桥梁中的规则桥梁,选择三类不同场地共2390条地震动记录,采用增量动力分析方法,计算了8座具有代表性的规则桥梁样本的地震需求。选择阻尼比为5%、与结构基本周期对应的谱加速度作为地震动强度指标,分别选择墩顶漂移率、位移延性系数和标准化滞回能量等参数作为工程需求参数,考察了各工程需求参数在不同地震动强度水平下的概率分布特征;结果表明,在不同的地震动强度水平下,各工程需求参数均很好地服从对数正态分布。以墩顶漂移率为工程需求参数,通过回归分析,建立了规则桥梁实用的概率地震需求模型;该模型同时适用于三类场地,可大大简化规则桥梁基于概率和性能的抗震设计中的需求计算。

潜在地震破裂面源模型及在概率地震危险性分析中的应用方法

目前国内外常用的概率地震危险性分析方法中,一般把未来可能发生的地震震源(潜在震源)简化为点源或者是线源.但对于较大震级的地震,仍然采用点源或线源模型来描述潜在震源显然是不合理的.为此,在概率地震危险性分析方法中本文提出了潜在地震破裂面源模型,并以1999年9月21日台湾集集7.6级地震的车笼埔断层为例,探讨了其在地震危险性分析中的应用方法.结果表明:①采用潜在地震破裂面源模型是合理的,因为它可以模拟地震破裂面与地震动影响场的三维展布特征,尤其适用于较大震级地震的近场区域;②潜在地震破裂面源的大小、产状,对近震源场点的地震危险性分析和地震区划结果有明显的控制影响.

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。