基于概率密度演化理论的地震概率安全评估

基于概率密度演化理论,通过引入随机地震动模型,可以获得某一场地在一定时期内遭遇不同地震动强度的超越概率,并且有望解决地震易损性分析中如何选择地震动的关键问题.在此基础上,通过调幅随机地震动模型的基底幅值参数,并与地震易损性研究中的增量调幅思想相结合,可以获得工程结构在遭遇不同超越概率的地震作用时,结构性能达到各极限状态的超越概率.这一将地震易损性曲线的地震动强度度量指标赋予概率意义的工作,可以避免以往采用不同地震动强度度量指标时,由于计算方法的不同,生成的地震易损性曲线具有较大不同的缺点.这一工作,进一步与基于性能的地震工程全概率决策框架相结合,可为工程结构的地震概率安全评估提供坚实的理论基础.     

考虑随机变量相关性的桥梁地震易损性分析

引入Nataf变换,结合均匀设计响应面法,提出了一种综合考虑地震动和结构不确定性及结构参数相关性的桥梁地震易损性分析方法.以一多跨连续梁桥为研究对象,分别对算例桥梁在考虑与不考虑结构参数相关性情况下进行了地震易损性分析.同时,分析了考虑结构参数变量相关性对结构易损性分析和响应面模型精度的影响.结果表明:本文方法可以有效考虑结构参数之间的相关性,且考虑变量相关性后建立的响应面能够更好地拟合结构真实的极限状态函数曲面;桥梁结构在各个破坏状态下的失效概率均有一定程度的降低;忽略结构参数相关性的影响,可能会低估桥梁结构在地震作用下的抗震性能.     

基于PSDM和IDA方法的桥梁地震易损性模型参数比较分析

以汶川地区一座典型三跨简支梁桥为例,基于OpenSees平台建立全桥三维非线性基准有限元模型.在考虑地震动及结构参数不确定性基础上,对抽样生成的桥梁样本进行了一系列非线性地震响应分析,分别采用PSDM和IDA方法分别建立桥梁构件及系统的地震易损性模型.介绍了易损性模型参数的物理意义,对不同方法计算得到的地震易损性分析结果展开模型参数比较研究,分析探讨了结果的差异原因及既有方法改进措施.     

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%.     

在役结构抗震鉴定加固用地震动参数确定方法

为研究在役结构抗震鉴定加固用地震动参数的合理取值问题,以均匀泊松分布为地震发生的概率模型,给出不同地震风险中的结构应选用的抗震鉴定评估准则。考虑结构不同使用寿命及结构后续服役期内场地地震具有不同超越概率的影响,推导出各抗震评估准则下结构评估烈度在剩余使用寿命内的超越概率换算为设计基准期为50年的相当超越概率的计算公式;推导出各评估准则下水平地震影响系数最大值、地面峰值加速度与评估烈度之间的换算关系;给出结构在不同评估准则、不同剩余使用寿命下的抗震鉴定加固用地震动参数的调整系数。研究结果表明:研究能合理反映在役结构在后续服役期内的地震风险水平,对在役结构抗震鉴定加固的研究和应用有参考意义。     

体外预应力混凝土风力发电塔地震易损性分析

以体外预应力混凝土风力发电塔为研究对象,采用纤维梁柱单元,建立了非线性有限元分析模型.基于pushover分析结果定义了4个损伤状态限值.选取20条真实的地震动记录进行增量动力分析,分别以水平位移角和地面加速度峰值作为结构地震需求参数和地震动强度参数,基于对数正态分布假设回归分析建立了概率地震需求模型.形成了体外预应力混凝土风力发电塔的易损性曲线,并对发电塔地震易损性进行评估.结果表明:体外预应力混凝土风力发电塔可满足7度设防区抗震设防要求,而在8度罕遇地震下有一定概率发生严重或完全损伤.     

基于IDA的岸桥结构地震倒塌易损性研究

为研究岸桥结构在地震作用下的倒塌易损性,以两台典型岸桥为研究对象,分别建立岸桥在工作和非工作两种工况下的有限元分析模型.采用增量动力分析(IDA)方法,以门框构件失效和结构有限元计算失稳作为倒塌能力的判定准则,分析得到岸桥结构地震倒塌易损性曲线.结果表明:两种工况均适合以谱加速度作为地震动强度参数进行岸桥结构易损性分析;两台岸桥实例在不同工况下的结构倒塌易损性具有较明显的差异,建议将岸桥结构分为工作和非工作工况进行抗震性能研究,以提高分析的准确性.     

某大跨度连续梁桥的地震易损性分析

连续梁桥是我国高速公路、轨道交通中常用的一种桥梁结构形式。为研究大跨度连续梁桥，选用CSibridge软件对某跨度为181 m的桥梁进行有限元模拟，首先通过非线性增量动力分析方法，计算不同地震动下的墩顶位移。然后通过Xtract软件得到墩底弯矩曲率曲线并定义地震损伤指标。再基于对数正态分布假定，计算了不同地震动强度下的地震需求参数，得到了连续梁桥的地震易损性曲线。最后通过曲线得到了在不同强度的地震作用下，发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏和完全破坏的概率。结果表明，易损性分析结果可以反映桥梁的综合抗震性能和各级损伤状态的超越概率，为桥梁结构抗震设计提供了参考。     

不确定性参数对梁桥地震易损性影响的量化

为定量研究梁桥中常见的不确定性参数对结构地震易损性的影响程度,以三跨混凝土连续梁桥为例,引入重要性测度分析方法考虑不确定性参数之间的交互效应,量化不确定性参数对桥梁地震易损性的影响水平。通过Monte-Carlo抽样构建地震动-桥梁样本并采用Open Sees平台进行非线性时程分析,提出基于地震易损性的矩独立重要性测度指标并基于非参数核密度估计对其进行数值积分求解。结论:支座剪切模量及上部结构质量对梁桥地震易损性的影响明显大于其他参数;基于地震易损性的重要性测度指标能够考虑不确定性参数之间的交互效应,准确量化不确定性参数对梁桥地震易损性的影响水平。     

酸性土壤环境中多龄期埋地钢管地震易损性分析

在酸性腐蚀土壤环境中,埋地钢管的抗震性能会随着服役龄期的延长而显著降低.为了研究酸性土壤环境中多龄期埋地钢管的抗震性能,对钢材进行人工加速腐蚀试验与拉伸破坏试验,建立了钢材屈服强度、极限强度、弹性模量及伸长率与失重率之间的关系;在全面腐蚀模型的基础上,揭示了酸性土壤环境中埋地钢管力学性能与几何尺寸随服役龄期的变化规律,并建立时变本构模型.基于ANSYS有限元分析软件,建立了酸性土壤条件中考虑锈蚀钢材几何尺寸及力学性能退化的不同服役龄期有限元模型;采用增量动力分析法及云图法,建立了描述地震动强度与结构地震响应之间关系的概率地震需求模型,结合管道破坏状态的划分和概率意义上极限损伤限值的确定,对埋地钢管进行地震易损性分析,从而建立了考虑锈蚀耐久性能退化的不同服役龄期埋地钢管时变地震解析易损性模型,表征了管道单元损伤指标与地震动强度指标之间的关系,并进一步给出了不同管径多龄期埋地钢管的地震易损性曲线.结果表明:在酸性腐蚀土壤环境中,随着服役龄期的延长,埋地钢管的几何尺寸及力学性能均不断削减,出现不同震害状态的概率呈现不同幅度的升高;在其他条件相同的情况下,随着管径增大,出现不同震害状态的概率有一定程度的降低.     

建筑抗震设计中地震动参数选取的法律要求探讨

依据我国建筑抗震设计的相关法律,对"建筑抗震设计中地震动参数的选取"进行了探讨。结果表明:根据法律要求,当"地震安全性评价报告"中的地震动参数与《建筑抗震设计规范》中的地震动参数不一致时,应该采用两组地震动参数分别进行计算,并按两组地震作用效应的较大值(包络值)进行抗震设计。     

基于RC框架结构破坏损伤的地震烈度物理标准研究

为了研究基于钢筋混凝土框架结构破坏损伤的地震烈度物理标准,将15个地震动参数按特性(峰值、频率、持时和能量)分成4类,将地震记录按地震动3要素(峰值、频率、持时)分成3组,求出了每组记录作用下RC结构的破坏指数,计算了各个参数值和破坏指数的相关系数.比较分析这上述相关系数发现ap、vp、vps、dps、Ein、Eh能够部分或全部地表征地震动对RC结构的潜在破坏势,其中ap、vps、Ein、Eh这4个参数都和烈度有很好的相关性,可以作为烈度的物理标准.     

高耸石结构抗震可靠度分析

本文以地震烈度及地面运动加速度峰值作为地震强度指标,通过对闽南地区的地震危险性分析和对高耸石结构的随机振动分析,求得石结构随机地震反应的统计量,并对著名的泉州东西古塔进行抗震变形能力和抗震承载能力的可靠度计算.     

断层破裂速度对地震动影响的离散波数有限元法模拟

地震断层的破裂速度是断层破裂过程中的一个重要参数,它对近场地震动及其空间分布,特别是近场地震动的方向性特征有着重要的影响．为从理论上分析断层不同破裂速度对地震动方向性效应的影响,根据设定地震和根据统计关系得到的震源参数,采用离散波数有限元方法数值模拟不同破裂速度下地表观测点的地震动时程,分析地震动的峰值、反应谱和持时3个基本参数及其空间分布特征．研究表明：在地震马赫数为0．700～0．925的破裂速度范围内,断层破裂值均会使地震动及其分布呈现明显的方向性特征;断层破裂前方的地震动峰值和反应谱值大于破裂后方的地震动值,地震动持时则相反;在断层破裂方向的末端一定距离内存在一个典型的区域,在此区域内的地震动显著受到方向性的影响和控制,其地震动峰值和反应谱值显著高于其他区域,而持时则低于其他区域．总之,破裂速度对地震动及其分布的方向性特征有重要影响,随着破裂速度逐渐接近于剪切波速,地震动的方向性特征也越来越明显．     

考虑地震动空间效应的城市高架桥梁地震碰撞响应分析

分析了地震动空间效应对城市高架简支梁桥和多跨连续梁桥地震碰撞响应的影响．拟合了与规范反应谱相一致且考虑空间效应的人工地震波；建立了两种桥型的有限元模型；数值仿真并比较分析了一致激励以及仅考虑行波效应、仅考虑部分相干效应和同时考虑行波效应与部分相干效应的非一致激励等4种激励情况下，两种桥型的非线性地震碰撞响应．结果表明：地震动空间效应对桥梁地震碰撞响应的影响显著，且对连续梁桥的影响更为明显；考虑地震动空间效应会使桥梁的撞击力明显增大，同时考虑行波效应与部分相干效应时增幅最大；随着视波速的提高，地震动空间效应的影响逐渐减弱．因此，在城市高架桥梁地震碰撞响应分析中，必须考虑地震动空间效应的影响.     

基于能量分布的地震动聚类与反应谱特征周期的确定

收集了7 778条水平地震动加速度记录,分析了其频谱特性.提出了一类基于能量分布的地震动聚类方法.按照该方法将同一类场地条件下的地震动记录分为3组.按照我国建筑抗震设计规范关于设计地震动的分类方式,确立了不同分组特征周期的建议值,分析了建议值与我国抗震设计规范规定的不同设计地震动分组特征周期的差异.研究表明,与文中建议值相比,现行规范规定的设计地震动特征周期第1组、第2组取值偏大,第3组取值偏小.     

近断层地震动速度脉冲之桥梁地震反应敏感参数分析

研究并确定近断层地震作用下桥梁地震反应的速度脉冲敏感参数是结构抗震设计的关键。基于距离发震断层15km范围内的164条脉冲型近断层地震记录,采用数理统计分析方法,给出了建议的脉冲模型及其参数估计式。通过与实际记录时程和SDOF结构地震反应进行比较,说明了建议脉冲模型的合理性。通过建立空间桥梁结构模型,采用非线性有限元方法,计算分析了脉冲参数对桥梁结构地震反应的影响,确定了影响地震反应的脉冲敏感参数。     

近场脉冲地震下混凝土框架结构特殊反应

针对某十二层钢筋混凝土框架结构,通过比较分析近场脉冲地震和不含速度脉冲地震作用下结构从弹性到弹塑性的地震反应过程,深入探讨了近场速度脉冲对结构弹性及弹塑性地震反应的影响。结果表明:近场脉冲地震与不含速度脉冲地震作用引起的结构弹性地震反应差别不大,含速度脉冲地震会引起较大的结构弹塑性变形反应,尤其是顶层位移、层间位移和基底剪力会明显增加;规范反应谱不能充分体现速度脉冲对结构弹塑性地震反应的影响;近场脉冲型地震含有较丰富的低频成分,谱值随周期增大衰减较慢,长周期的谱值较大,将对长周期结构的影响较短周期结构明显。     

空间相关非平稳地震动反应谱拟合

为了给大跨度结构的抗震分析提供空间多点相关地震动加速度时程,在前人研究的基础上,提出根据标准设计反应谱合成非平稳空间相关多点地震波的方法.从规范反应谱出发得到功率谱,然后由地震动的空间相关性得到功率谱矩阵,用三角级数法生成各点地震动.生成的地震波具有地震动的空间相关性,同时还考虑了强度和频率的双重非平稳性, 在保证相关性的前提下对初始波进行修正使其反应谱与规范反应谱逼近.数值算例表明,利用该方法生成的地震动加速度反应谱具有较高的拟合精度,合成的多点时程可用于大坝等延伸结构多点激励的地震动输入.