基于改进IMK恢复力模型的填充墙RC框架结构地震易损性分析

为了对填充墙RC框架结构在设防大震下的抗震能力进行评估,采用OpenSees有限元软件,建立了填充墙RC框架结构的数值模型,其中,梁柱构件采用基于改进IMK恢复力模型的集中塑性铰单元进行建模,填充墙用双对角斜撑受压杆模拟,并采用基于Clough模型的桁架单元建模。以填充墙的不同布置方式作为参数,设计了4种模型,对模型进行了44条地震波下的增量动力时程分析和倒塌易损性分析。结果表明,底层不布置填充墙的模型和底部两层各有一跨布置填充墙的模型不满足我国规范中"大震不倒"的性能要求,在实际工程中应尽量避免运用此类型的框架结构,需要对已有的此类结构进行加固处理。     

钢框架结构的地震易损性分析

由于钢框架结构体系近年来在多、高层民用建筑和工业建筑中得到了广泛的应用,因此本文以平面钢框架结构体系为研究对象,以美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的概率性能评定框架为基础,对钢框架结构的地震易损性进行了研究.研究中所采用的有限元软件为美国加州伯克利大学开发的Open Sees 软件.     

基于构件的RC连续梁桥地震体系易损性分析

提出了考虑各构件(桥墩、支座、桥台)地震响应相关性的体系易损性计算方法.首先利用均匀设计得到56个结构-地震样本对,得到各构件的地震响应;其次通过Matlab计算得到联合概率地震需求模型(JPSDM),并计算出对应的各构件能力样本;最后借助蒙特卡洛抽样(MCS)得到桥梁结构体系易损性曲线.以一座3跨连续梁桥的非线性Opensees模型为例,结果表明不考虑构件相关性的体系易损性会带来较大误差.     

酸性大气环境下RC剪力墙构件地震易损性分析

基于OpenSees平台中的SFI-MVLEM单元,考虑酸性大气环境对约束和非约束区混凝土与钢筋的力学性能、界面间黏结滑移效应和剪力墙抗剪机制等的影响,提出腐蚀RC剪力墙数值模拟方法．考虑主要设计参数与材料强度的变异性和腐蚀程度的不确定性,结合蒙特卡罗抽样与所提数值模拟方法建立了不同服役期下RC剪力墙分析模型并进行了拟静力模拟试验,捕捉了构件不同破坏状态下的层间位移角数据．基于最大似然估计方法对层间位移角数据进行了3种概率分布的参数估计,基于K-S和Lilliefors假设检验选取了威布尔分布作为层间位移角的最优概率分布并获得相应统计参数,建立了不同服役期下RC剪力墙的地震易损性模型．研究成果可为酸性大气环境下的RC结构灾害损失预测和抗震韧性评估提供理论支撑．     

基于IDA和易损性分析的RC框架结构底层柱端弯矩增大系数

为研究RC框架底层柱上下端弯矩增大系数的合理取值与该系数取值的合理性,设计6栋具有不同柱端弯矩增大系数、不同设防烈度的框架结构进行增量动力分析,输入10条地震波,得到各结构模型的IDA曲线。在此基础上,通过定义不同的烈度水平,得到各结构的易损性曲线与倒塌破坏概率。结果表明:按照现行规范设计的7度设防与8度设防框架可以满足大震不倒的设防要求;若将梁柱节点与底层柱下端弯矩增大系数的取值分别提升至1.5与1.8,可使框架在特大地震作用下发生倒塌的概率降低至可接受范围之内。     

地震作用下RC框架结构损伤演化过程分析

为明确RC框架结构的抗地震倒塌破坏机理,控制其失效路径,基于课题组完成的1榀1/3比例的3层三跨RC平面框架低周循环加载试验,通过量化构件、楼层及结构3个层次的损伤破坏程度,研究了不同层次损伤破坏之间的相互联系以及不同类型构件损伤程度对结构整体抗震性能的影响。研究结果表明:结构发生倒塌破坏时,底层构件损伤程度普遍大于上部构件,第1～3层梁、柱端的损伤指数平均值分别为0.95、0.86、0.74和0.97、0.62、0.15,地震作用下结构的累积损伤是自下而上发展的;框架梁作为耗能构件,一般先于框架柱出现损伤,且损伤程度较大,沿楼层分布比较均匀,结构最终倒塌时第1层框架梁的损伤指数分别比第2、3层增加约8.89%和21.06%,框架柱的损伤破坏沿楼层分布相对集中,主要分布于结构底层,最终倒塌时第1层框架柱的损伤指数分别比第2、3层提高约26.56%和62.93%;结构在加载位移幅值较小时,主要依靠水平耗能构件消耗地震能量,随着位移幅值及循环次数的增加,竖向承力构件逐渐取代水平构件的耗能作用,框架梁、柱的整体损伤发展曲线分别呈上凸和上凹趋势;从结构能量耗储能力角度提出的整体损伤模型更符合结构抗震的本质,未知参数少,且计算结果能够较为准确地反映结构在不同性能水平下的损伤状态。     

多烈度区多层RC框架结构实际震害易损性分析

为了研究区域多层RC框架结构地震易损性,以汶川地震都江堰930栋该类结构实际震害调研样本为研究背景进行了数值统计分析.首先,对该市RC框架结构按照震损等级进行了归纳与统计,给出了样本数量与震损等级的非线性拟合模型,考虑楼层数、年代、抗震设防因子对其影响和多烈度区特点,分别建立了易损性矩阵与连续型非线性回归模型.提出了平均震害指数计算模型,并结合调查数据得到了基于该参数的易损性矩阵与回归曲线.上述分析结果可为地震烈度标准修订和抗震设计提供一定的基础借鉴.     

考虑地震方向性的高耸RC烟囱结构易损性分析

选用240 m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立了相应的非线性有限元分析模型.为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择了20条合理的地震动记录,进行增量动力分析.分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,通过增量动力分析将三维地震动以7种不同入射角度作用于结构并获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算结构的易损性.通过钢筋和混凝土的材料应变定义了4个损伤状态限值,最终得到了考虑地震方向性的高耸钢筋混凝土烟囱结构地震易损性曲线.研究结果表明,考虑地震方向性后,当PGA小于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度大约在75°~90°左右,结构完全损伤概率大约增大了1.5%;当PGA大于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度在45°左右,结构完全损伤概率大约增大了2.4%.     

基于RC框架结构隔震剪力分析

近年来因为地震的巨大破坏,人们对结构的安全性更加重视。现今隔震技术应运而生并在近些年开始应用于实际工程中,基于大型有限元分析软件OpenSees对五层隔震RC(钢筋混凝土)框架结构在七度罕遇地震波(峰值加速度220gal)作用下进行动力时程分析。研究表明采用隔震框架结构在地震波作用下,相对传统抗震结构抗震结构,各楼层剪力明显减小,随着隔震支座位置的升高,楼层间的剪力减小幅度也随着减小,隔震结构在隔震层上部的减震效果比下部结构明显,隔震层位置处的楼层剪力减小最明显,具有重要工程实践价值。     

RC框架结构基于性能的优化分析

对某实际工程中按工程设计软件PKPM设计的一榀框架(KJ-1)进行优化分析,以达到降低工程材料用量,满足经济要求的目的.采用有限元软件SAP2000对KJ-1进行Pushover分析,得到KJ-1的性能点及KJ-1在性能点时的层间位移角值;将层间位移角值与规范层间位移角限值及相应的性能要求进行比较,KJ-1满足抗震性能目标1的要求.根据实际工程中要求,KJ-1满足性能目标3的要求即可;对KJ-1进行优化(满足我国现行抗震设计规范),再进行Pushover分析,评价优化后的KJ-1的抗震性能.通过两次优化分析,使KJ-1在满足抗震性能目标要求3的情况下,钢筋和混凝土用量较优化之前分别降低了41.7%和24.1%.结果表明,基于性能的优化设计可以保证结构在满足地震作用下的性能目标的前提下,更经济合理.     

钢筋混凝土低层框架结构易损性分析

按建筑结构抗震规范的规定构造加速度反应谱并将其作为随机激励,构造了四川地区典型公共钢筋混凝土框架结构有限元模型,采用拟动力时程方法对结构的抗震性能进行计算,得到了钢筋混凝土框架结构的易损性曲线.针对原型结构在地震作用下柱基础容易发生屈服破坏的情况,对原型结构基础采取了铅芯阻尼橡胶支座隔震加固措施,对加固后的框架结构进行了计算并得到了修正的易损性曲线.通过对比得到在地基不失稳的前提下,小震时结构发生中度以上损伤的概率非常小,大震时随着承重结构进入塑性屈服发生中度以上的损伤概率开始逐渐变大,而且钢筋混凝土框架结构纵横2个方向的易损性概率在大震时有差异,采取隔震加固措施后结构损伤概率明显减小.     

地震下高度不等的相邻框架结构碰撞的易损性分析

针对相邻结构在地震下避免碰撞的安全水平亟待量化的问题,提出了相邻结构在地震下发生碰撞的易损性分析方法 .该方法以峰值地面加速度作为地震动强度指标,以相邻结构最大相对位移作为工程需求参数,基于相邻结构的非线性有限元模型开展增量动力分析,分别利用最大似然估计和回归分析,包括单参数线性回归、双参数线性回归和双线性回归,来确定易损性函数的参数.以层高相等的6层和5层相邻钢筋混凝土框架结构为例,对比分析了不同间距下采用不同方法所得地震下发生碰撞的易损性曲线;计算了6层和4层、6层和3层相邻结构的碰撞易损性,分析了不同楼层数与楼层高度对碰撞易损性结果的影响.研究结果表明：当峰值地面加速度较大时,通过双线性回归所得易损性曲线与蒙特卡罗法结果最为接近,且结构间距越大,二者越接近;其他两种回归方法所得易损性偏大,最大似然估计所得易损性最保守;层高不等的6层和5层相邻结构的碰撞易损性最大,层高相等的6层和4层相邻结构次之,表明当相邻结构的周期比和碰撞位置的影响达到平衡时,碰撞易损性最大.     

基于隔震的RC框架结构抗震性能分析

近年来因为地震我国遭受了巨大的经济损失,现今人们对结构的安全性更加重视,因此,更安全可靠的抗震技术也成为抗震研究的重点。针对钢筋混凝土(RC)结构在遭受外力作用时的结构破坏模式进行研究分析,考查钢筋混凝土框架结构隔震抗震性能。研究表明对非隔震的RC框架进行动力时程分析找出结构薄弱层,再将隔震支座分别安装在结构基础层、薄弱层以及结构顶层并对各结构模型进行模态分析,对比隔震支座的位置对结构前六个振型的周期、频率的影响,综合考虑经济和社会多种因素,对大多数情况下的RC框架结构,建议采用基础隔震方案。     

地震作用下RC框架结构抗连续倒塌数值分析

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,基于OpenSees非线性有限元分析平台,选用包含远场、近场及人工地震波在内的8条地震波,采用增量动力分析方法,对一榀移除中柱的试验框架结构在地震作用下的抗连续倒塌性能进行了分析,结果表明,在所选水平与竖直方向地震波共同作用下,所分析的试验框架结构在8度罕遇地震作用下未发生倒塌,具有充足的抗连续倒塌能力及较好的抗震性能.竖向地震作用会明显加剧损伤结构的竖向连续倒塌风险,水平地震作用也会减弱损伤结构的抗倒塌能力.     

RC框架结构在不同类型地震作用下的破坏分析

由于地震灾害的频繁发生,钢筋混凝土结构经常在地震中遭到严重破坏。为明确地震震级及地震类型对钢筋混凝土框架结构的影响,利用有限元分析软件ABAQUS建立了6层钢筋混凝土框架结构模型,分别计算其在6度、7度、8度地震作用下的动力响应以及结构在不同类型地震作用下被破坏的情况。研究发现,地震过程中结构的破坏会导致结构加速度响应数值的减小,近场地震作用下结构层数变化导致的动力响应变化较大,远场地震作用下结构非线性发展更快,消耗能量更多,结构被破坏也越严重。     

基于易损性的RC桥墩复合损伤指标适用性分析

为克服以墩顶位移或控制截面曲率作为损伤参数进行桥墩易损性分析的不足,基于墩顶位移和弹塑性耗能差率构建复合损伤指标,用于桥墩的易损性分析中。为验证此损伤参数的有效性,采用OpenSees建立RC桥墩有限元模型,进行非线性增量动力分析,分别利用复合损伤指标、基于弹塑性耗能差率的损伤指标和基于墩顶位移的损伤指标对比验证,并进行易损性分析。结果表明,复合损伤指标可以同时考虑墩顶位移和滞回耗能的影响,利用复合损伤指标作为损伤指标的拟合效果更好,其标准差的波动范围小,该指标具有适用性和有效性。研究结果为钢筋混凝土桥墩易损性分析提供参考。     

地震作用下RC框架结构位移反应的近似计算

假定钢筋混凝土框架结构为理想剪切型和弯曲型结构的组合,采用一般形式的等效静力荷载分布模式推导了框架的弹性侧向位移分布模式,并讨论了弯剪强度比率、荷载分布模式对位移反应的影响;通过假定结构的第一振型矢量模式,应用位移反应谱提出了计算地震弹性位移反应的方法,并分析了楼层位移和层间位移角沿高度的变化规律;采用弹塑性位移增大系数增大弹性位移的方法估算了最大弹塑性层间位移,并用数值算例验证了简单估算方法的有效性.     

基于RC框架结构的失效倒塌模式

目前我国存在大量已建非延性钢筋混凝土(RC)框架结构,文章针对这类RC结构在遭受外力作用时的破坏模式进行研究分析。采用拟静力分析方法研究以五层RC框架结构为代表的多层RC结构的失效倒塌模式。研究结果表明基于已有的试验数据采用Open Sees有限元建模验证了针对RC框架结构数值模拟的正确性;表明了RC结构首先在结构底层柱下端塑性铰区出现损伤破坏,且同一楼层边柱塑性铰区较中柱损伤严重,逐渐向顶层塑性铰区发展最终使整体框架结构整体发生破坏直至失效倒塌。     

铁路桥梁的地震易损性分析

近年来我国发生的大地震,尤其是5·12汶川地震表明,铁路桥梁作为交通系统中的枢纽结构,在地震中极易受损.多跨连续钢筋混凝土桥是铁路桥梁中常见的结构形式.故采用国家强震动台网中心提供的汶川地震强震波和NGA强震数据库提供的地震波,以位移延性比为破坏指标,应用结构分析软件SAP2000,分别对多跨连续钢筋混凝土铁路桥进行非线性时程分析,并对其结果进行回归,得出以PGA(Peak Ground Acceleration)为自变量,结构超过某一特定损坏状态的概率为因变量的地震易损性曲线;最后分析了该类铁路桥在地震作用下的地震易损性.     

基于GA-BP神经网络的拱坝地震易损性分析

拱坝在其生命周期内可能会承受强烈地震,其地震易损性引起了广泛的关注。一般而言,采用非线性有限元法进行拱坝的地震易损性分析,需要大量的计算工作量。该文提出了一种预测拱坝地震响应的方法——基于遗传算法(genetic algorithm, GA)的多层前馈(back propagation, BP)神经网络,该方法可以替代部分非线性有限元分析计算,显著减少计算成本。以大岗山拱坝的易损性分析为算例,基于已有的390个有限元非线性动力分析工况数据,将结构的响应设定为BP神经网络的输出,地震强度参数IM作为输入,进行BP神经网络的训练和验证。结果表明,该文提出的GA-BP神经网络采用390个有限元结果中的30%的数据进行训练,即可得到满足精度的预测结果,给出合理的拱坝地震易损性曲线,说明采用GA-BP神经网络后可节省70%的非线性有限元计算成本。