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。

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。

基于性能的地铁车辆段上盖隔震双塔结构概率地震需求分析

基于概率地震需求分析方法,探讨了地铁车辆段上盖隔震双塔结构的薄弱部位及失效模式。首先,基于地震工程模拟平台OpenSEES,对比分析了地铁车辆段上盖非隔震双塔结构与隔震双塔结构的动力特性及减震效果。通过增量动力分析方法对地铁车辆段上盖隔震双塔结构进行了基于性能的概率地震需求分析,得到了结构各组成部分的概率地震需求易损性曲线及结构各性能水平在50年内的超越概率。研究表明:采用层间隔震技术后,上部塔楼减震效果明显,结构的主要振型为低阶上部结构平动振型及高阶下部结构平动振型;结构的失效模式为隔震层位移超限破坏先于下部结构层间位移角破坏先于上部结构层间位移角破坏;结构各性能水平在50年内的超越概率均较小,结构满足性能要求。

双向地震动作用下隔震结构概率地震需求分析

提出了双向近场和远场地震作用下,隔震结构概率工程需求分析的基本步骤和具体计算方法,以某实际隔震结构为例,给出了工程需求参数的选择、结构性能水准及抗震设防目标的具体确定。以地震波的PGA为IM,利用基于增量动力分析方法的条带调整法,计算了该隔震结构IO、LS、CP各性能极限状态的易损性曲线,绘制了近场和远场地震作用下50年设计基准期内上部结构最大层间位移角和隔震支座最大位移的超越概率曲线。根据此曲线,对隔震结构的抗震性能进行了概率评估。

楼板局部设缝框架结构概率地震需求分析

楼板局部设缝框架通过在梁端设置贯穿楼板的通缝将楼板内纵筋与框架梁端分离,以实现"强柱弱梁"屈服机制.本文基于概率地震需求分析方法对该楼板局部设缝方法进行研究.首先利用楼板局部设缝框架振动台试验数据,验证采用Open Sees进行动力有限元分析的合理性;在此基础上,建立纯框架、传统框架、楼板局部设缝框架数值模型,选取22条地震动记录,对三种框架进行概率地震需求分析,从概率层面探究楼板和楼板局部设缝对框架结构抗震性能的影响.分析表明:楼板局部设缝可在一定程度上改善含现浇楼板框架结构的屈服机制,削弱现浇楼板带来的不利影响,提高传统框架的抗震性能以及结构的抗地震倒塌能力.

基于性能的桥梁结构概率地震需求分析

该研究以概率地震需求分析为基础,建立了某特大桥梁结构无阻尼器和有阻尼器动力非线性模型,用增量动力分析,得到支座最大相对位移的地震响应,并定义了两个性能水准。给出了结构的易损性曲线,并对两个结构的易损性曲线进行了比较,结合地震危险性曲线,得到结构在50年内的地震需求危险性曲线。研究结果表明:不加阻尼器时50年内发生碰撞的超越概率接近极限超越概率,加阻尼器后能很好的满足性能水准要求;在小震中阻尼器对结构的抗震性能提高不是很明显,而在大震中能够对结构的抗震性能提高很多。

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。

非弹性结构随机地震反应及概率位移需求分析实用方法

探讨常规Pushover分析法的优劣,介绍改进后的模态Pushover分析法(即改进MPA法)。基于概率统计理论和Pushover分析法的基本思想,分别推导2种分析多自由度结构非弹性随机地震反应和概率位移需求的实用方法。方法Ⅰ采用常规POA方法将多自由度结构等效为单自由度体系,而方法Ⅱ则主要基于改进的MPA法。研究结果表明:采用方法Ⅰ估计所得结构顶点位移需求概率接近Monte Carlo数值模拟结果,采用方法Ⅱ估计所得结构层间位移需求概率与概率IDA法的分析结果基本吻合。这2种方法具有准确、高效且便于操作的优点,与大量非线性时程分析为基础的数值方法相比,其复杂程度低,运算效率高。

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。

概率性地震需求分析中地震动强度指标的比较与选择

以汶川地区典型钢筋混凝土简支梁桥为背景,在充分考虑模型参数不确定性的基础上建立一系列桥梁有限元模型样本。采用汶川地震实测地震动,对建立的有限元模型进行非线性动力时程分析,并记录每组分析中桥梁构件的地震峰值响应。采用主成分分析方法对桥梁构件的地震需求参数进行降维处理,计算桥梁结构综合地震需求响应。通过回归分析建立地震动强度与桥梁结构综合需求之间的概率性关系,并对不同地震动强度指标进行分析和比较。结果表明基于速度的地震动强度指标具有较好的有效性、适用性和完备性,可以进一步用于地震易损性分析和地震风险评估。

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。

结构需求概率危险性分析中强震记录选取研究

目前结构性态地震工程中易损性曲线传统计算流程对强震记录选取不够重视,鲜有对目标场址地震概率危险性的考虑,因而以同时考虑地震概率危险性和结构自振周期特性的条件均值谱作为记录选取依据,将结果应用到IDA方法和条带法中,并与地震事件随机散布的传统云图法进行对比。以某八层平面框架作为算例,将云图法与IDA方法以及条带法在四种极限状态下的结构需求易损性曲线以及结构需求概率危险性曲线进行对比分析。其中,随机选取两组地震事件(M,R)分布范围相仿的强震记录进行云图法计算,二者结果由于不可控的地震动不确定性而存在显著差异,但IDA方法与条带法由于采用条件均值谱对地震动进行了控制,彼此结果基本一致,更符合实际工程场址的危险性需求,同时为后期不同区域的结构性态分析损失评估提供了依据。

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。

地震波随机模型对隔震结构地震需求分析的影响

利用谐小波变换对实际强震记录的时变谱进行估计,并统计分析了与抗震规范相容的3类不同场地上地震波的时变谱特征,利用均匀调制非平稳随机模型和时变修正Kanai-Tajimi非平稳随机模型模拟地震波的时变谱,把非线性函数的参数识别问题转化成求解无约束优化问题,利用拟牛顿迭代法求得最优解,得到3类不同场地上这两种模型的参数的具体取值以及参数函数集的具体表达式;研究了以谱强度因子的平方根为强度参数的双向地震动作用下隔震结构概率地震需求分析的步骤,对比了不同的地震动随机模型对隔震结构概率地震需求分析的影响,研究发现在小震作用下,地震动随机模型对隔震结构的地震响应影响不大,但在大震作用下,地震动随机模型对结构响应有较大影响,而且,对于不同场地类别,地震动随机模型对隔震结构概率地震需求分析的影响也不相同。

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。

等效成二自由度体系的规则梁式桥概率地震需求分析

以二自由度体系上下子结构的质量比、刚度比,下部子结构的屈服水平系数及自振周期等为计算参数编制程序,分析了这些参数以及场地条件对二自由度体系的位移及延性需求的影响规律,并回归得到了二自由度体系位移系数及延性需求的均值与标准差的计算公式,进而提出了二自由度体系概率地震位移延性需求分析的简化方法。最后,利用该方法对一全联采用板式橡胶支座联结的规则梁式桥进行了概率地震位移及延性需求分析,并与增量动力分析方法的结果进行对比,验证了该方法的有效性。

装配式梁桥概率地震需求分析

装配式梁桥在公路桥梁系统中应用广泛,其概率地震需求分析对实现桥梁基于性能的抗震设计与评估至关重要。采用增量动力分析(IDA)方法,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,选择墩顶侧移率作为工程需求参数,提出装配式梁桥概率地震需求模型建立方法。利用典型装配式梁桥为计算实例,通过有限元软件OpenSees建立了分析模型。根据场地类型,选取20条地震波进行非线性时程分析,通过调幅得到380个计算工况。利用回归分析建立工程需求参数和地震动强度指标关系,并获得给定地震动强度指标下地震需求易损性。

概率地震需求分析的简化方法研究

概率地震需求分析的主要工作是获得不同地震动强度水平下结构地震需求的概率分布。本文采用与结构基本周期对应的线弹性加速度反应谱Sa作为地震动强度指标,结构的位移延性为地震需求指标。通过对大量单自由度体系非线性时程分析结果的统计及回归分析,获得了在给定结构强度折减系数R、周期T的条件下,延性需求的均值和标准差的拟合公式,并建立了概率的等R延性需求谱。基于该谱,提出了简化的概率地震需求分析方法。算例分析表明,建议方法的计算结果与增量动力分析方法的计算结果接近,但计算量却大为减少。

基于概率地震危险性分析的重大工程结构设计地震的研究

本文提出了一种基于概率地震危险性分析 (PSHA)确定重大工程结构设计地震的方法 ,建议设计地震在场地产生的地震动应满足以下条件 :(1)加速度峰值等于PSHA确定的给定超越概率加速度峰值 ;(2 )反应谱值不能超越PSHA确定的一致概率反应谱 ,同时又不小于某一给定下限值。由本方法确定的设计地震是相对合理的 ,工程设计人员容易接受。

地震和滑坡链式灾害作用下连续梁桥结构易损性分析

目前桥梁结构抗多灾害研究主要集中在桥梁结构冲刷与主余震方面,对地震和滑坡链式灾害作用下桥梁结构易损性的研究较少。建立了地震和滑坡联合作用下桥梁结构性态分析框架并以某三跨连续梁为例,采用OpenSees软件建立了全桥非线性有限元模型,考虑了桩土相互作用的影响,并基于非线性时程分析研究了滑坡体积与滑坡运动距离等因素对桥梁结构易损性曲线的影响。结果表明:在地震和滑坡联合作用下桥梁结构累积损伤明显增大;在滑坡运动距离为150 m范围内,桥梁结构失效概率明显增大,当滑坡运动距离超过250 m时,桥梁结构失效概率增幅较小;当PGA为1g且滑坡运动距离为100 m时,体积为1×10^(7 )m^(3)量级的滑坡对桥梁结构破坏作用最大,导致桥梁结构完全失效的概率将增加60%以上;地震和滑坡的存在会显著增大桥梁结构在不同地震动水平下的失效概率,在选址时应予以充分考虑。