地震灾害的模糊予测与地震工程模糊可靠度

本文分析了产生地震危险的随机性与地震烈度本身的模糊性,从而获得将地震灾害予测作为模糊随机事件的处理方法。以模糊概率子集表示予测的结果,它全面的估计了地震发生后可能出现的震害评定,为工程抗震设防的决策提供了科学依据。其次,基于地震烈度的模糊性,定义了模糊烈度和清晰烈度。从基于清晰烈度的通常可靠度的概念和计算方法中,引伸出了基于模糊烈度的模糊可靠度的概念和计算方法。它不仅考虑了地震动效应和结构抗力的随机性,而且顾及地震烈度、场地分类等的模糊性,提出了以模糊概率表示的地震工程可靠度。最后,在分析了影响地震工程可靠度诸多因素基础上建议了对地震工程可靠度模糊综合评判的方法。     

抗力分项系数的概率极限状态设计法

针对现行规范规定的承载能力极限状态下设计表达式中存在的缺陷,基于概率极限状态设计法建立承载能力极限状态下仅有简单荷载组合作用时求解抗力分项系数的公式.在确定抗力分项系数时通过设定不同的参数数值(荷载效应组合、荷载效应比、抗力变异系数、结构破坏类型、安全等级等)及可靠度分析,对结构的承载能力极限状态进行研究,求出与结构可靠指标一一对应的抗力分项系数.     

结构时变可靠度计算的全随机过程模型

为了对既有结构的可靠性进行正确评估，必须考虑时间变化的影响，对目前可靠度分析中采用的只考虑荷载随时间变化的半随机过程模型进行改进。基于结构抗力和作用效应相互独立的基本假设，充分依据作用效应和抗力的时变特性，考虑结构抗力为独立增量过程，并计算了抗力的自相关系数，得到了计算结构失效概率的近似算法，建立了结构时变可靠度计算的全随机过程模型。通过实例验证，该方法简单易行，便于工程应用，为基于时变可靠度理论的既有结构评估和寿命预测提供理论依据。     

恶劣环境下结构可靠度的一种分析法

给出了抗力随时间变化时结构可靠度分析的最小抗力法，并与现行规范的方法和等效抗力法进行比较，分析了3种方法各自的特点.结果表明，结构最小抗力点可以作为结构可靠度分析的一个关键点.通过具体算例说明，最小抗力法计算简便、概念直观，并且形式上能够与现有的结构可靠度分析方法相协调.     

考虑腐蚀影响的钢结构轴压构件可靠度预后分析

针对腐蚀会严重影响结构的性能甚至使其崩塌失效这一事实,基于蒙特卡洛方法和Weibull模型提出了钢管轴压构件考虑腐蚀的时变可靠度预测方法.首先利用幂函数模型替代钢材的实际腐蚀过程计算腐蚀厚度,其次利用蒙特卡罗方法计算不同年限时的腐蚀钢管轴压构件的可靠度,同时依据Weibull模型提出钢管在腐蚀作用下的可靠度随时间变化预测曲线.最后通过实际算例验证了所提方法的有效性.结果表明:Weibull模型可以较好地模拟腐蚀影响下的可靠度随时间变化的模型;提出的时变可靠度曲线与理论值吻合较好;考虑腐蚀影响的可靠度值在一定年限以后将会小于目标可靠度.     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

考虑长期腐蚀影响的古建木结构极限寿命预测

针对长期环境腐蚀对古木结构的性能和损伤程度的影响,基于蒙特卡洛方法结合Gerhards/Weibull模型提出了古建筑木结构关键构件的承载力/变形值极限寿命预测方法.首先研究了腐朽、虫蛀等腐蚀环境对构件的截面尺寸和强度的影响,分别在承载能力和正常使用极限状态下建立构件的承载力/变形值的时变模型;其次利用蒙特卡洛方法,考虑构件尺寸、强度、荷载等随机参数对木结构关键构件的影响,给出具有一定可靠度的极限寿命预测方法与置信区间,并对结构做出相应的决策判断.最后以某历史文化民居选取的单榀框架来验证所提方法的有效性.结果表明:在长期腐蚀条件下,构件抗力随时间减小,变形值随时间增大,对两者变化规律进行时变分析是评估的关键;Gerhards和Weibull模型结合蒙特卡洛方法可以较好地对木结构梁、柱关键构件的极限寿命进行预测;综合考虑承载力和变形值能够更真实地反映结构的极限寿命.     

退化结构时变可靠度分析

退化结构的检修问题都涉及时变结构可靠度的计算.对退化结构的时变可靠度,抗力必须表为随机过程.该文考虑退化结构功能函数随机过程,并考虑活载为连续随机过程、 Poisson过程以及Bernoulli过程,由之导出一个时段内的时变可靠度公式.以混凝土碳化引起的主筋锈蚀的公路桥T型梁为例,计算了这3种活载过程下的时变可靠度.算例表明,对相同的初始抗力,退化结构在设计使用年限的时变可靠度明显低于目标时不变可靠度.用作用和抗力的均值和方差在t时刻的瞬时值代入Cornell可靠度指标而计算的"时变可靠度指标"不反映可靠度.     

在役钢筋混凝土桥梁的可靠度分析及其寿命预测

针对既有钢筋混凝土桥梁的特点,建立了结构抗力的衰减模型,并利用结构荷载的模型及目标可靠指标来预测其寿命。应用所研究的方法对一座钢筋混凝土桥梁的承载能力可靠度进行了分析和评估,为该桥的维修加固决策提供了重要的依据。     

现役水工钢闸门结构剩余寿命的预测

基于可靠性原理，确定了现役钢闸门结构构件最低可靠度设置标准．采用类比的方法确定了现役钢闸门结构可靠度评估时荷载的统计参数，建立了钢闸门结构构件抗力的衰减模型．在此基础上，提出了基于可靠度理论的现役钢闸门结构剩余寿命预测算法，并以受弯构件为例，对其剩余寿命进行了预测．结果表明，提出的方法在预测闸门构件剩余寿命时是有效的．     

近海在役钢筋混凝土框架结构抗震能力时变劣化规律

为量化表征近海在役钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的抗震能力时变劣化规律,以氯离子扩散理论为基础,首先研究建立了钢筋锈蚀深度预测模型,介绍了近海在役RC框架结构数值建模方法,进而以可抵御的地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)为指标表征结构的抗震能力,提出了基于能力谱方法的在役RC框架结构抗震能力量化方法,并分析了不同抗震设防水平下近海在役RC框架结构的抗震能力时变劣化规律,建立了相应的量化模型.结果表明:所建立的抗震能力量化方法可以直接量化在役RC框架结构不同破坏极限状态下可抵御的地震强度,从而直观反映近海在役RC框架结构的实际抗震能力;随着服役龄期的增长,近海在役RC框架结构不同破坏极限状态的抗震能力近似呈线性关系退化,且其退化速率随设防水平的降低不断提高;随着设防水平的提高,近海在役RC框架结构抗震能力劣化的起始时间不断提前;所建立的时变抗震能力量化模型可近似表征近海在役RC框架结构抗震能力的时变劣化规律,但尚需实例验证.     

双向地震作用下多层偏心结构的增量动力分析

以往的增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)研究主要是针对单向地震下的对称结构,而对于地震动的多维性、结构偏心引起的扭转效应的影响则考虑较少。为此,设计了一幢5层的偏心结构模型,选取Taft双向地震记录为双向激励对结构模型进行多维增量动力分析。分析了结构在地震下的扭转效应对边缘框架反应的放大作用,并基于IDA能力曲线对结构模型进行多性能水准抗震评估。通过算例分析得到以下结论:基于IDA的结构抗震评估方法,概念清晰,操作简单;偏心结构在双向地震下的扭转效应会导致部分边缘框架的反应放大,且地震强度越大这种放大效应越明显;当考虑双向地震作用时,直接采用建议的双向IDA方法进行结构性能分析更具合理性。     

基于台风验证载荷的平台时变可靠性分析与更新

采用泊松过程对台风载荷进行描述,结合抗力衰减函数建立平台时变可靠性分析模型,确定基于验证载荷的平台抗力后验分布函数,从而实现平台可靠性更新;根据台风作用后平台状态与台风载荷分布函数确定验证载荷概率模型。以我国南海东北区块一海洋平台为研究对象,对平台的时变可靠性进行分析与更新,考察平台损伤极限承载能力比CQ与验证时间对可靠性更新效果的影响。结果表明:台风验证载荷能够对结构冗余度较低的海洋平台时变可靠性更新起到明显效果,且反映平台结构冗余度的CQ值越大更新效果越明显;验证载荷出现时间越晚,在初期的更新效果越明显,这个时间大约持续5 a,随后不同时刻验证载荷的更新效果趋于相同。     

Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

静力弹塑性分析方法(Pushover Analysis)是一种静力非线性计算方法,近年来在国内外结构设计中得到广泛研究应用,是评价结构抗震能力的新方法.Pushover分析方法多用于建筑结构,但在桥梁中的具体实施方法和结果表达方式与建筑中有所不同.本文针对客运专线的双柱桥墩,归纳与总结了Pushover分析方法的实施步骤及原理,结合能力谱法确定了结构在指定强度下的目标位移,并通过地震需求曲线和结构能力曲线的叠加来评估结构的抗震性能.分析结果表明,不同侧向加载模式分布下Pushover法的分析结果存在一定差异,客运专线双柱桥墩在多遇地震和罕遇地震下的横向抗震性能均满足工程使用要求.     

建筑抗震中单桩摩阻力动力效应分析

研究了地震发生时单桩摩阻力动力.为揭示摩擦桩与土体在考虑基本地震荷载作用下的耦合响应规律,采用拉格朗日数值分析方法建立桩与土体计算模型,通过施加地震荷载,分析桩周摩阻力、桩体轴力以及土体的变形在不同地震历时下的情况,得到:1)桩周负摩阻力从桩顶向下呈先增大后减小的态势,在桩长0.35倍范围内出现负摩阻力;2)由于地震荷载的作用,桩侧摩阻力和轴力均不断变化,当地震时间为3s时,桩侧摩阻力和轴力达到最大值;3)随着地震的持续进行,桩体和土体之间的相对位移的变化导致中性点位置发生往复变化;4)由于地震荷载的作用,土体的位移明显增大.在地震历时0~10s范围内,地表沉降迅速增大;在地震历时10~15s时,地震沉降增加的速度明显减慢;当地震历时持续到15~20s时,地表沉降逐渐减小.     

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应．研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7．51％～23．3％;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同．由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应．     

基于地震响应谱分析的±500 kV混合式直流断路器改进设计

混合式直流断路器这类高耸结构极易在地震作用下产生较大的结构内力,导致其结构破坏并引发直流电网不能正常运行等事故.为了满足混合式直流断路器的9级地震烈度的紧凑模块化结构设计与抗震特性分析,以±500 kV混合式直流断路器为分析对象,通过Solidworks建立三维实体模型,导入有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态仿真分析,得到了混合式直流断路器的前8阶非零固有频率,然后进行模拟在9级地震烈度的地震作用下的响应谱分析,得到了混合式直流断路器的等效应力和方向位移云图.结果表明:混合式高压直流断路器的动力学特性较为复杂,模态振型具有多样性.在9级地震烈度的地震激励下,混合式直流断路器满足抗震强度要求.     

大型储罐地震作用下罐壁抗失稳可靠度分析

大型储罐在地震作用下的典型破坏形式是"象足"屈曲破坏,而轴向压应力是"象足"屈曲破坏的主要因素。结合实际工程情况,运用大型通用有限元分析软件Adina对大型储罐在不同地震烈度、储液深度下的罐壁轴向压应力进行地震作用下的数值模拟,并运用可靠性分析的JC法,分析大型储罐不同储液深度、不同地震烈度下的罐壁抗失稳可靠度情况。结果表明:在同一地震烈度下,随着储罐储液深度的增加,储罐罐壁的轴向压应力将随之增大;大型储罐同一地震烈度下储液深度越大,罐壁轴向抗失稳可靠度越低;在实际工程设计中应该首先进行工程场地地震安全性评价,尽可能避开地震带。     

受腐蚀钢筋混凝土结构性能的研究

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的首要因素，国内外对受腐蚀钢筋混凝土结构的性能已经做了一些研究，本文简介了这方面研究的现状，其中包括研究的方法，受腐蚀钢筋混凝土结构的抗弯性能，抗剪性能，钢筋和混凝土的粘结性能，使用荷载伤作用下的性能和动力性能，并对需要重点加强研究的方面提出了建议，指出目前对受腐蚀钢筋混凝土结构抗剪性能和动力性能的研究仍然极少，特别是对受腐蚀钢筋混凝土结构疲劳性能的研究几乎还是空白，因此建议今后加强这些方面的研究。     

双塔高层钢结构抗震性能的有限元分析

针对高层建筑结构分析计算中专业设计软件在大震作用下结构弹塑性分析方面存在的缺陷,以北京某双塔高层钢结构为例,运用大型通用有限元软件ANSYS建立了结构三维模型,进行了结构的动力特性和模态分析,并采用振型分解反应谱和弹性/弹塑性时程分析方法,分析了该双塔高层钢结构在地震荷载作用下的结构响应.通过对计算结果的分析可以看出,通用有限元软件能够很好地对高层钢结构的抗震性能进行分析计算;双塔高层钢结构顶部鞭梢效应明显,建议通过减小顶部结构自重并在构造上予以重视加以解决.