地震强度指标选择对长周期钢结构余震IDA分析的影响

结构在主震作用下发生损伤,由于刚度和强度退化导致结构周期的延长,再加上高阶周期的影响,在随后的余震对主震损伤结构抗震性能的影响分析中,基于弹性周期的传统谱加速度可能不适用,有必要对地震动强度指标的选择进行进一步研究。本文以9层Benchmark钢框架为研究对象,选取10种地震动强度指标,分别从离散性和相关性两个维度对比分析了其在余震IDA分析中的优劣性。研究结果表明:与最大层间位移角相比,最大残余层间位移角更能够准确地量化主震对结构造成的损伤;对于钢框架结构,基于一段周期的几何平均谱加速度的IM_(Boj&Lev)指标是最优的地震动强度指标,相对于S_(a)(T_(1))离散性降低了30%左右,相关性提高了6%左右。

基于IDA分析的结构抗地震倒塌能力研究

结构体系的合理性对提高结构在极端灾害下的抗倒塌能力具有非常关键的作用,但目前尚缺少对结构体系合理性和抗倒塌能力的定量化评价方法。本文以结构抗地震倒塌为例,首先对结构的安全储备进行了讨论,指出结构的安全储备包括构件层次的安全储备和整体结构体系安全储备,并对影响结构体系安全储备的因素进行了分析。而后,为了更好地评价整体结构体系的抗地震倒塌安全水平,介绍了近年来国际上趋向采用的基于增量动力分析(IDA)的倒塌储备系数(CMR),并以框架结构为例介绍了用倒塌储备系数衡量整体结构抗倒塌能力的具体方法。

高墩连续刚构桥的IDA分析研究

增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)作为弹塑性静力分析的拓展,可以全面、准确地分析结构在地震动作用下的动力性能变化,尤其可以很好地分析结构进入屈服状态。本文以某典型双薄壁高墩连续刚构桥为例,分析在不同地震动峰值加速度PGA下桥梁纵桥向的动力响应及变化规律。研究表明:随着PGA增大,关键截面的内力及位移呈上升趋势并逐渐发生屈服。

外廊式单跨框架结构加柱改造后基于IDA分析的抗震性能研究

研发单跨悬挑外廊改为双跨的加固方法,以静力弹塑性分析所优选的截面柱,在外廊式单跨框架结构挑梁处增加柱子,基于增量动力分析(IDA)方法对原结构和加柱结构从损伤和倒塌储备系数(CMR)两方面进行抗震分析,结果表明在遭遇相同地震动作用后,加柱结构的损伤程度及抗倒塌能力均优于原结构。

基于IDA方法的高层剪力墙结构地震易损性研究

以一既有高层剪力墙建筑结构为例,通过删减一部分剪力墙作为变量来模拟私拆剪力墙的现象,通过数据对比来判别拆除剪力墙对结构整体抗震性能的影响。在增量动力分析基础上,结合易损性研究,通过调整地震波PGA,分别对四个结构模型进行IDA分析,得到不同强度下的最大层间位移角,划分结构抗震性能水平以及破坏等级,确定各性能水平下的超越概率模型。研究表明:拆除部分剪力墙影响结构的整体抗震性能,提高了结构超越极限状态的概率。其中拆除10层位置剪力墙的结构抗震性能最差,拆除1层位置剪力墙的结构的抗震性能与拆除19层位置剪力墙的结构的抗震性能相当,基准结构的抗震性能最优。

基于IDA的格构式拱结构抗倒塌性能分析

采用自定义钢材本构模型,考虑压杆失稳后的力学性能,对格构式拱结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),得到格构式拱结构的薄弱位置以及倒塌破坏极限位移。不同跨度的格构式拱在竖向地震作用下,结构概率分位值为95%对应的结构倒塌极限竖向位移为结构跨度的1/154~1/104。在水平地震作用下,结构概率分位值为95%对应的结构倒塌极限水平位移为结构柱高的1/40~1/28。在竖向地震作用下,结构的薄弱位置主要位于跨中;在水平地震作用下结构薄弱位置主要位于桁架柱身;考虑压杆失稳时,1/4跨度处的斜腹杆由于长细比较大将会发生失稳破坏。在双向地震作用下,主桁架失效位置主要集中于桁架柱腹杆和1/4跨度处。IDA分析结果与试验结果一致,可为格构式拱结构的抗倒塌设计提供参考。

基于IDA的高层框筒结构的抗震性能分析

进行结构抗震性能分析与评估是高层框筒结构抗震设计的关键内容。本文基于地面运动输入、IDA分析方法和性能指标三个方面,建立了基于IDA的高层框筒结构抗震性能分析方法,选取某高层框架核心筒结构,利用弹塑性分析软件(EPDA),基于IDA方法进行了高层框筒结构抗震性能分析。研究表明:(1)面积概率法可合理选取地面运动记录,IDA分析结果离散度较小;(2) IDA分析的地震动指标和结构损伤指标从二个维度表征了高层框筒结构抗震性能;(3)基于Hunt&fill的IDA分析方法,追踪了高层框筒结构从弹性、弹塑性破坏全过程的抗震行为,可从单条地面运动记录、多条地面运动记录和概率层面,对高层框筒结构的抗震性能做出全面评估与分析。

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性;其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值;最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应;随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势;当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小;当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。

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IDA-SVM的高面板堆石坝地震易损性分析

为研究高面板堆石坝的地震易损性,基于增量动力分析(IDA)与支持向量机(SVM)相结合的方法,首先利用拉丁超立方抽样(LHS)方法从人工生成的100条地震动中随机选取30条,选定PGA为地震动强度指标,坝顶竖向位移为性能指标,通过对每条地震动进行等间距调幅,对面板坝进行有限元计算及对结果进行IDA分析,提取各条地震动在所选性能指标不同极限状态下的PGA;然后引入SVM,以代表地震动特性的参数为输入,以PGA为输出,训练并测试SVM模型;最后利用SVM模型做快速预测,在考虑不同地震动数目的条件下,分析面板坝的地震易损性,并绘制地震易损性曲线。研究结果表明,IDA-SVM方法在分析大坝易损性的问题上具有可行性和有效性,且考虑不同地震动数目所得的地震易损性曲线不尽相同。

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IDA方法的某不规则图书馆抗倒塌分析

为研究一般不规则钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力和损伤屈服机制,采用SAUSAGE软件对一扭转不规则、楼板不连续、刚度突变和局部不规则的图书馆建筑进行基于IDA方法的抗倒塌分析,得到结构在不同地震强度下的倒塌概率及梁、柱的损伤情况。结果表明:结构在地震峰值加速度为220gal时倒塌概率为0,满足“大震不倒”的目标要求,当峰值加速度每增加约0.5倍时,结构倒塌概率增加20%;梁、柱在220gal地震动下损伤均较轻,随着地震强度的提高,梁、柱的损伤情况均有所增加,且柱的损伤较梁严重,说明结构尽管满足抗震性能目标的要求,但梁没有充分发挥耗能能力,在结构设计时应更加充分考虑现浇楼板、填充墙、柱的轴压比等因素对实现“强柱弱梁”破坏机制的影响。

基于IDA的某秀场倒塌模式分析

为了研究结构的倒塌模式,论文以某秀场为例,采用IDA的分析方法,模拟了该秀场倒塌的过程,分析了不同地震动作用下结构呈现的倒塌顺序,找出了结构的薄弱部位。对关键部位采取加强措施,从而提高结构整体安全储备。

主余震下高层建筑斜交网格结构易损性分析

高层建筑斜交网格结构体系作为一种新型结构体系,其理论研究目前还处于初级阶段。为研究高层建筑斜交网格结构在主余震下的易损性,首先采用Perform-3d建立有限元分析模型并对其合理性进行验证,然后对14条真实主余震记录进行调幅并输入结构进行IDA分析,研究结构在主余震作用下的易损性。研究结果表明:与结构在主震作用下的易损性曲线相比,主余震下的易损性曲线更加陡峭,即考虑余震作用后结构进入各极限状态的超越概率增大,余震作用增大了结构的地震响应。

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。

考虑锈蚀的钢结构地震易损性分析

钢材锈蚀会引起结构的抗震性能与刚度的退化。通过已有钢材锈蚀规律并考虑结构的随机性,将IDA、Pushover与蒙特卡洛抽样结合得到结构概率地震需求及概率抗震能力的统计参数并代入本文提出的地震易损性模型,得到结构在不同极限状态的易损性曲面。以15层3跨钢框架为例,利用建立的方法研究了结构易损性随服役年限的变化规律。研究成果可为结构的全寿命设计、既有结构的运营以及地震风险评估等提供理论依据。

基于IDA的渡槽结构地震易损性分析

渡槽结构是由槽身、槽墩和支座等相互关联的构件组成的结构系统。强震作用下,仅用单一构件的地震易损性来评价渡槽结构系统的地震易损性,往往会高估渡槽的抗震能力。为研究渡槽结构系统的地震易损性,以一座三跨等距简支梁式渡槽为研究对象,基于Open SEES平台建立了有限元动力分析模型,采用增量动力分析法(IDA)计算了槽墩、盖梁处板式橡胶支座以及槽台处聚四氟滑板支座三种构件的横槽向地震易损性;然后,分别通过一阶界限法和二阶界限法,建立了渡槽结构系统地震易损性曲线,并进行了对比分析。结果表明,地震作用下,渡槽结构的板式橡胶支座与聚四氟滑板支座相比槽墩更容易发生损伤;渡槽结构的系统易损性大于单一构件的易损性;二阶界限法所得结构失效概率区间均位于一阶界限法上下界之间,相比一阶界限法,采用二阶界限法建立的系统易损性曲线来评估渡槽结构的抗震性能更为合理。

桥梁单墩不同侧向力分布模式Pushover分析方法

Pushover分析使用一定分布模式的递增水平侧向力代表地震作用下结构惯性力的分布,分布模式的不同会直接影响Pushover分析的结果,尤其是结构高阶振型影响显著时,因此侧向力分布的选取是Pushover分析中的一个关键问题。通过选取7条强震地震波,对比了典型地震波下非线性时程分析(IDA)和采用4种不同侧向力分布模式的Pushover分析的15m、30m和60m墩的地震反应。并从总体、构件和截面三个层面对各种模式Pushover分析进行评价,分析其适用性。研究表明结构进入非线性和高阶振型影响显著时,自适应侧向力模式较其他模式Pushover分析结果更接近IDA分析结果。