基于累积塑性应变的结构多维易损性分析

将拟力法的概念运用于能量平衡方程而提出累积塑性应变,其表示为塑性耗散能需求与耗能能力之比.塑性耗散能反映了结构在地震作用下的损伤累积效应,作为构件层次损伤指标的累积塑性应变也考虑了损伤累积效应.建立基于最大层间位移角的易损性曲线,假定一系列累积塑性应变阈值,通过易损性曲线吻合度确定与全局性能水准相对应的局部损伤状态,即累积塑性应变阈值.以累积塑性应变和峰值层加速度响应作为结构构件和非结构构件的工程需求参数,在多维易损性理论框架下建立二维性能极限状态方程和概率地震需求模型,进行易损性分析,并分别讨论加速度阈值、工程需求参数和性能极限状态相关性对易损性的影响.     

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.     

冷弯薄壁轻钢结构农房的抗震性能及成本分析

对冷弯薄壁轻钢结构农房的抗震性能及成本进行分析。利用有限元软件SAP2000分别对相同建设标准（同一建设场地，平面布置相同、层高相同、体型相同）、同等施工预算的砖混结构、框架结构和轻钢结构体系农房进行动力时程分析，通过模态分析了解前3阶自振周期和振型，对比了3种结构体系在多遇地震下的楼层加速度峰值、层间位移角、层间剪力。结果表明，轻钢结构农房相比其他两种体系农房加速度峰值最高，层间位移角最小，有更好的抗震性能表现；运用静态、动态的经济分析方法对3种结构体系农房进行全寿命周期（前期准备阶段、设计阶段、施工阶段、使用维护阶段、拆除阶段）成本分析，结果显示，轻钢结构农房较其他两种结构具有明显的综合经济效益。     

带拱式转换层高层结构弹塑性分析

为了给带拱式转换层高层结构的抗震设计提供参考依据,分析了带拱式转换层高层结构地震反应的动力弹塑性性能,研究了该结构薄弱层位置以及塑性铰在结构中的分布,表明该结构若满足抗震要求,应对结构进行加强:对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地,转换层底部柱承载力增大系数分别取1.3、1.9和2.2;而转换层相邻上部柱及转换层下弦杆跨中的承载力增大系数分别取1.25和3.5;由此采用Pushover法分析了该结构楼层最大侧移与楼层最大层间位移角,以及结构达到最大层间位移角时塑性铰分布,结果表明采用上述加强措施后该结构薄弱部位转移到上部楼层中,且该结构塑性铰分布较合理。最后,根据Pushover法对该结构进行了抗震性能评估,结果表明该结构采用上述措施加强后,能满足7度(0.15 g)设防烈度的抗震要求。     

考虑开洞影响的砌体结构房屋地震易损性分析

为分析不同底层开洞横墙数量(比例)对结构抗地震倒塌性能的影响,从单个墙片、层间墙片及整个结构三层次进行分析,逐步完成房屋抗地震倒塌易损性分析.在基于已有试验结果验证数值模拟参数及结果可靠的基础上,首先利用ABAQUS对单片墙体模型进行模拟分析,得到各墙片荷载-位移曲线;然后将每层所有抗震横墙的荷载-位移曲线拟合后叠加得到层间恢复力模型,并简化为三折线恢复力模型;最后采用层间剪切简化三折线模型和50%分位值增量动力分析(IDA)曲线进行4种不同横墙开洞数量(比例)模型的地震易损性分析.结果表明:随着底层开洞横墙数量比例的增加,结构的抗倒塌性能降低,并在相同性能点下其能承受的地面峰值加速度和最大层间位移角减小;开洞横墙比例小于50%且处在低于9.0度设防烈度下的房屋结构基本满足"大震不倒"的设防水准;为保证结构具有良好的抗震性能,应严格控制抗震横墙开洞数量(比例).     

拟负刚度控制隔震结构的概率地震危险性评估

考虑地震的不确定性,运用概率地震危险性评估的方法对拟负刚度隔震结构的性能进行了评估.以隔震Benchmark模型为研究对象,将拟负刚度(PNS)控制系统与普通双线性隔震(BIS)系统的性能从3个方面进行了对比:增量动力分析、概率地震易损性和概率地震危险性,多方位探讨PNS控制对隔震结构的减震效果并定量分析其控制性能的优越程度.分析结果表明,PNS控制系统楼层最大加速度立即使用极限状态的年超越概率较BIS系统小30%,隔震支座最大位移倒塌极限状态的年超越概率较BIS系统小20%.由此可见,PNS控制更易保证隔震结构在小震下的功能性和大震下的安全性.     

考虑轨道约束的高铁简支梁桥横向地震碰撞效应

为准确把握地震激励下高速铁路简支梁桥横向挡块的限位功能和防碰减震效果,以5跨32 m标准跨径简支梁桥为例,基于ABAQUS软件建立实体有限元模型;分析轨道系统约束作用、挡块材料非线性对横向碰撞有限元模型的影响;对不同地震波和峰值加速度激励、挡块-垫石间距、挡块强度、橡胶缓冲垫层的厚度等因素进行分析。研究结果表明:轨道约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震碰撞效应,挡块材料非线性对横向碰撞效应影响显著;在不同地震波和不同峰值加速度作用下,桥梁横向地震响应有明显差异;在EI-Centro地震波激励下,综合考虑各项碰撞效应,高速铁路简支梁桥挡块-垫石间距设置为3 cm是合理的;橡胶缓冲垫层会降低墩梁横向相对位移和碰撞力,且防碰减震效果与橡胶的厚度有关。     

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.     

基于性能的平面不规则结构地震易损性分析

针对平面不规则框剪结构,提出基于性能的结构整体地震易损性分析方法。基于性能分析静力弹塑性,根据结构极限损伤状态定义平面不规则框剪结构层间位移角和层间扭转角的4个性能水平限值。通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应。根据超越概率的定义,分别计算层间位移角和层间扭转角极限状态下超越概率。结合地震峰值加速度及超越概率对一平面不规则框剪结构进行基于性能的地震易损性分析,绘制结构的易损性曲线,比较2个指标的易损性曲线,评估结构的抗震性能。研究结果表明:对平面不规则结构进行易损性分析时,应考虑扭转响应对结构的影响,防止高估这类结构的抗震性能。     

斜拉桥复合地震易损性分析

通过引入ANN(artificial neural network,人工神经网络)计算斜拉桥复合地震易损性,显著减少在分析结构能力随机性过程中的计算量,获得结构能力概率分布.采用IDA(incremental dynamic analysis,增量时程分析)非线性时程分析法获得结构需求概率分布.通过蒙特卡洛抽样得到各PGA(peak ground acceleration,地面峰值加速度)下结构失效概率,进而获得易损性曲线.分析结果说明,使用ANN模拟结构能力分布可以显著减少计算量;在考虑结构能力随机性的前提下,斜拉桥地震易损性有所增加.     

基于变形及滞回耗能的RC框剪结构地震损伤评估

为了研究RC框剪结构在地震作用下的损伤程度,通过引入基于结构广义刚度的构件重要性指标,提出考虑构件重要程度的地震损伤评估方法.首先,利用Perform-3D对RC框剪结构进行弹塑性时程分析,得到RC框剪结构的耗能分布模式.在此基础上,以地震变形、滞回耗能为基本参数,采用双参数构件损伤模型得到构件的损伤指数,利用基于构件重要性指标的楼层损伤模型得到楼层的损伤指数.最后,结合不同地震峰值加速度下结构的损伤指数、结构损伤程度与损伤指数范围的关系,评估结构在不同地震峰值加速度下的损伤程度.计算结果表明,考虑构件重要程度的地震损伤评估法,可以同时体现构件损伤程度与构件重要程度对楼层损伤的影响,可用于RC框剪结构的损伤评估.     

具有裙房建筑的混合控制减震系统

为提高具有裙房建筑的抗震性能,给出了包含橡胶隔振垫和阻尼器的混合控制系统及其模型,并推导了模型的运动方程.根据控制系统方程,在无橡胶垫、仅设橡胶垫和同时布置橡胶垫和阻尼器的三种工况下,应用1940 EI-Centrol地震波,对具有三层裙房的七层建筑结构进行了分析,得到了七层建筑的加速度、位移和楼层剪力等参数.对三种工况下的地震反应进行对比,结果表明橡胶垫和阻尼器能明显地减少结构的加速度、位移和层间剪力.混合控制系统能有效地减少水平地震力.混合控制系统可用于具有裙房的建筑和相邻建筑,从而减少地震反应.     

独塔部分斜拉桥顺桥向地面运动作用下的易损性分析

以墩塔梁固结的独塔预应力混凝土部分斜拉桥为对象,采用动力增量法和数据统计分析研究该类桥梁的地震易损性,确定顺桥向地面运动作用下结构构件的易损部位及损伤破坏概率.采用理论易损性分析方法,选取地面峰值加速度作为地震输入强度指标,并以放大系数为基础选取地震输入;以位移延性比、强度与变形、相对位移、索力为指标分别定义了各构件的损伤状态;根据各构件的损伤概率,拟合建立了各构件及全桥的易损性曲线.结果表明,在顺桥向地面运动作用下,中墩和支座为最易损构件;边墩、主梁均会发生不同程度的损伤;斜拉索、桥塔、桩基安全储备较高.     

软土场地中地铁地下车站对邻近高层建筑地震加速度响应的影响

基于典型的南京软土场地条件,建立地铁地下车站—土体—高层建筑系统二维非线性有限元分析模型,研究了两层三跨岛式地铁地下车站结构对邻近高层建筑地震加速度反应的影响规律.结果表明:地铁地下车站使高层建筑与地表接触位置的地表加速度反应动力系数!谱谱值在周期0.5~3 s范围有所增大,建筑各层的峰值加速度反应基本上均有所增大,局部楼层的峰值加速度反应增大达43.7%.随高层建筑与地铁车站间距的增大,该影响逐渐减小.若高层建筑分别采用桩基础/筏板基础,间距与地铁地下车站宽度之比D/B≥1,而D/B≥0.75时该影响可以忽略.     

基于自复位变摩擦阻尼器的结构减震控制

目的针对常摩擦力摩擦阻尼器不能根据结构反应实时调整滑动摩擦力、导致减振效果不稳定的问题,研发一种自复位变摩擦阻尼器.方法基于库仑摩擦定律建立自复位变摩擦阻尼器的恢复力模型,通过对设置以及未设置阻尼器的结构分别进行确定性及随机地震反应分析,研究该阻尼器的减振效果.结果确定性地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能够有效减小结构的层间位移反应,而绝对加速度反应通常有所增大;随机地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能明显减小无控时层间位移较大楼层的位移反应,多数楼层绝对加速度均方根值的均值和标准差有所减小,而楼层绝对加速度峰值大多增大.结论自复位变摩擦阻尼器能明显降低结构的位移反应,且位移控制效果基本上不随输入地震动加速度峰值的变化而改变,但受控结构的加速度反应通常较无控结构有一定增大.     

110 kV电容器组地震模拟振动台试验

本项研究在模拟地震振动试验台上对一台特高压变电站内的实际110 kV电容器组设备进行测试.通过白噪声激励,明确该实际设备的动力特性;通过标准时程波激励,测定地震作用下该设备关键部位的加速度、应变、位移等参数,测定电容器组设备的地震响应规律.测试结果显示,电容器组设备2个水平方向的1阶频率分别为2.27 Hz和2.31 Hz,因此具有较高的地震易损性;在输入峰值加速度为0.4g的标准时程波时,电容器组根部绝缘子的最大应力为40.80 MPa,小于材料破坏应力.试验表明,电容器组各层结构均存在地震加速度放大效应;在地震作用下,设备的支柱绝缘子为地震中的易损部位,对此可通过提高瓷强度和连接刚度等方式提高绝缘子的抗震能力.     

三跨连续隔震梁桥在地震作用下的碰撞分析

近场地震动具有高峰值地面加速度以及高峰值地面速度的特性,可显著的改变结构响应,使结构产生较大的内力和位移。对于隔震连续梁桥,在近场地震作用下由于伸缩缝相邻两跨梁之间或是梁与桥台之间运动的不协调导致发生碰撞,这种碰撞现象可能会造成梁体的严重破坏.而由于隔震支座的影响,会放大桥梁上部结构的位移,加重桥梁碰撞。本文即对碰撞现象对隔震连续梁桥结构产生的不利影响进行了研究。     

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%.     

非结构构件的地震损失概率评估模型

当前的抗震设计方法并不能有效地控制非结构构件的地震损坏,由此造成巨大的经济损失.文中考虑地震易损性曲线生成和地震损失率评估过程中的不确定性因素,以地震易损性参数和地震损失率参数作为地震损失评估过程中的基本随机变量,分析了各基本随机变量取不同变异系数时,非结构构件地震损失率变异性的变化.进而通过经验拟合的方式,建立了非结构构件地震损失率的概率评估模型.基于建立的概率评估模型,一旦确定非结构构件的地震响应参数值,即可计算位移敏感型和加速度敏感型非结构构件地震损失率的均值和标准差.研究结果表明:非结构构件的地震损失率曲线随层间位移角和楼面加速度的增加,离散性逐渐增大,但最终趋于稳定.严重破坏(LS)和倒塌(CP)性能点的地震易损性参数和地震损失率参数的变异性对非结构构件地震损失率曲线的变异性影响显著.研究结果可为非结构构件的地震损失评估提供概率依据.     

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。