地震作用下中等跨径RC连续梁桥系统易损性研究

中等跨径混凝土连续梁桥是一种广泛应用的桥梁结构形式,地震作用下该类桥梁的破坏主要体现在桥墩、桥台和支座位置。以一典型多跨连续梁桥为例,考虑材料强度和上部结构容重等不确定性因素的影响,运用拉丁超立方抽样方法建立了10个桥梁样本。根据场地类型从PEER强震数据库中选取100条地震波来模拟地震动的不确定性,并与10个桥梁样本随机组合。对结构进行非线性时程分析后得到结构的响应,并分别定义了各构件的四种极限破坏状态,采用传统可靠度概率方法形成了桥墩、桥台和支座的易损性曲线,并运用联合失效概率方法研究了结构的系统易损性。研究结果表明:该类型桥梁的支座比墩柱、桥台更容易遭受地震破坏,尤其是桥台处活动支座;采用一阶界限法和二阶界限法计算的结构系统失效概率均大于各构件破坏概率,显然用结构系统易损性来评估桥梁抗震性能更为合理。     

高速公路钢筋混凝土桥梁地震易损性曲线建立方法

总结了地震作用下高速公路钢筋混凝土桥梁主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及桥梁本身参数等不确定性.进一步说明如何考虑桥梁主要易损构件,如桥墩、支座和桥台等对整个桥梁体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计桥梁体系的易损性,表明桥梁作为一个体系,比任何一个单独的构件更易损.     

多跨连续钢梁桥的时变地震易损性研究

针对以往建立易损性曲线过程中通常忽略结构多构件老化与退化对地震响应的潜在影响这一情况,本文对考虑多构件退化的桥梁时变地震易损性进行了研究。该方法主要研究钢筋混凝土桥梁暴露于劣化环境下的地震性能,分析了除冰盐中氯化物引起的钢筋混凝土圆柱和桥梁支座多构件腐蚀退化机理,着重考虑氧化产物导致混凝土保护层开裂下的混凝土退化与氯腐蚀导致的钢筋退化,桥梁多构件退化下的地震响应可通过三维非线性动力分析获得。此外,在建立时变易损性曲线过程中,基于蒙特卡洛仿真方法,综合考虑了氯离子扩散过程、地面运动以及材料参数的不确定性。对遭受氯化物侵蚀的某一多跨连续(MSC)钢梁桥进行非线性动力分析,数值结果表明,地震作用下若考虑时变腐蚀退化,桥梁构件和系统易损性曲线均会随着时间推移而发生相应的改变,失效概率增大;与单构件腐蚀退化的时变地震易损性曲线相比,考虑多构件退化的桥梁系统时变易损性更加保守,利于工程安全。对桥梁结构进行抗震性能评估时,以上结果验证了地震灾害和环境危害相结合的重要性。     

高速铁路简支箱梁桥的概率地震需求模型及易损性分析

基于已建成高速铁路桥结构类型统计数据,以典型预应力混凝土简支箱梁桥为对象进行易损性研究。考虑5个不确定性参数,基于拉丁超立方抽样的反复试验法建立桥梁样本。采用"装箱法"选择地震动记录,与桥梁样本配对后进行非线性时程分析得到结构响应。定义各构件的损伤状态,通过对构件需求能力比进行二次回归建立桥梁各构件的概率地震需求模型,并生成构件易损性曲线,运用二阶单一边界法生成全桥易损性曲线。结果表明:二次回归分析产生的概率需求模型比线性回归方法更可靠;在地震作用下,此类桥梁构件中的墩柱、活动支座较易损伤,二阶单一边界法能较好地评估全桥系统易损性,在应用上二阶单一边界法比一阶上下边界法简洁方便。     

地震作用下钢筋混凝土桥梁结构易损性分析

针对缺乏桥梁结构地震破坏数据的地区 ,考虑地震地面运动、局部工程场地条件和桥梁本身参数的不确定性 ,给出了一种地震作用下钢筋混凝土结构易损性曲线的系统性分析方法 ,对美国中东部受NewMadrid地震带影响的高速公路系统混凝土连续桥梁结构易损性进行分析 ,并给出了桥梁结构的易损性曲线 ,表明本文方法对该类地区桥梁结构的易损性分析具有适用性。     

基于简化渐进破坏的低矮房屋围护结构风致易损性分析

轻质框架低矮房屋被广泛用于民宅、厂房以及其他基础设施建设.然而,多起风灾调查发现,低矮房屋在强风中破坏严重,其破坏形式主要表现为围护结构受损,因此有必要对低矮房屋围护结构风灾损失开展相关研究.基于简化的三阶段渐进破坏过程,提出了低矮房屋围护结构风致易损性分析方法.在该方法中,同时考虑飞掷物冲击和强风压造成的门窗破坏,以确定开孔工况;通过伯努利方程模拟内压响应;利用Copula函数考虑屋面构件关联破坏;提出基于蒙特卡洛随机模拟的易损性分析流程,并结合木质框架房屋开展算例分析;进一步通过建立风速风向联合概率模型以考虑风向效应.研究表明,迎风墙构件在强风中往往面临着较高风险,且忽略风向效应可能会低估房屋的风致损失程度.     

基于简化渐进破坏的低矮房屋围护结构风致易损性分析

轻质框架低矮房屋被广泛用于民宅、厂房以及其他基础设施建设.然而,多起风灾调查发现,低矮房屋在强风中破坏严重,其破坏形式主要表现为围护结构受损,因此有必要对低矮房屋围护结构风灾损失开展相关研究.基于简化的三阶段渐进破坏过程,提出了低矮房屋围护结构风致易损性分析方法.在该方法中,同时考虑飞掷物冲击和强风压造成的门窗破坏,以确定开孔工况;通过伯努利方程模拟内压响应;利用Copula函数考虑屋面构件关联破坏;提出基于蒙特卡洛随机模拟的易损性分析流程,并结合木质框架房屋开展算例分析;进一步通过建立风速风向联合概率模型以考虑风向效应.研究表明,迎风墙构件在强风中往往面临着较高风险,且忽略风向效应可能会低估房屋的风致损失程度.     

基于对数回归模型的结构易损性分析

综合考虑结构物理参数的随机性和响应的统计相关性,提出了基于对数回归模型的结构易损性分析方法。以蒙特卡罗模拟和随机时程分析法考虑物理参数的随机性,采用β-二项分布探讨响应统计相关性,并建立对数回归模型计算结构易损性。以某一钢筋混凝土两跨连续梁高速公路桥为算例,根据设计图获取其物理参数作为均值,选取合适的标准差做蒙特卡罗模拟,随机采样得到参数样本,通过随机时程分析获得最大响应样本,利用矩估计、最小二乘分别求得β-二项分布和对数回归模型未知参数,最终获得各等级破坏状态下的易损性曲线,并与提出的基于累积极限状态阈值的结构易损性相比较。结果表明:所提出的易损性分析方法,能够达到对结构易损性的保守估计,保证预测结果的合理性,为检测桥梁构件是否过度老化或意外损坏提供理论依据。     

基于Copula函数考虑风荷载相关性的屋面风致易损性分析

为了研究广泛采用轻型钢结构的厂房、仓库等工业建筑的风致易损性,基于风洞试验数据提出一种考虑风荷载相关性的金属屋面风致易损性概率分析方法。首先,基于原有测点,通过本征正交分解插值技术得到足够多的风压测点数据,再结合影响面模型计算得出屋面板连接构件内力,并通过基于Hermite多项式的转换过程得到极值内力;其次,连接构件内力间的相关性可以借由高斯Copula函数考虑到损失分析中去;最后,利用蒙特卡洛模拟判定连接构件破坏与否进而确定屋面板是否破坏,并对屋面整体损失进行估计。基于所提方法,简要分析了连接构件内力间相关性考虑与否对屋面损失结果的影响。结果表明,相关性的考虑使得屋面破坏的变异性增加,导致房屋可能遭受更大程度的破坏。     

基于性能的矮塔斜拉桥结构地震易损性分析

采用OpenSees软件建立了典型矮塔斜拉桥结构三维有限元计算模型,并通过拉丁超立方体抽样方法考虑了结构构件中钢筋和混凝土强度的随机性,建立了地震动-桥梁样本集,分别针对纵桥向和横桥向两个方向,同时考虑竖向地震动分量的贡献,对有限元模型进行了增量动力分析,分别提取了矮塔斜拉桥的主塔及边墩不利截面的钢筋和混凝土的应变、主梁弯矩、斜拉索轴力以及支座的相对位移及其他受力构件的反应结果,结合相应的损伤指标,对矮塔斜拉桥结构进行了地震易损性分析,选择合理的分布函数及其参数进行易损性曲线拟合,为同类桥梁抗震设计及地震风险评估提供参考。     

基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

近场地震作用下型钢-混凝土组合结构桥易损性分析

考虑近场速度脉冲型地震动特征,对型钢-混凝土组合结构桥梁的地震易损性进行分析。以一座工字型钢-混凝土组合梁桥为例,从PEER数据库挑选60条近场地震动记录作为输入,对桥梁结构整体性能和局部性能两个层次的易损性进行分析,给出了桥梁结构的整体和局部地震易损性曲线。通过与远场地震作用下的桥梁结构地震易损性分析结果的对比研究,发现：近场速度脉冲型地震引起的桥梁结构整体和局部地震需求均显著大于远场地震|在近场地震作用下,桥墩是型钢-混凝土组合桥梁的最易损构件,混凝土横梁与栓钉的易损性水平低于桥墩。     

基于地震易损性解析函数的概率地震风险理论研究

基于不确定性传递,推导了考虑本质不确定性的地震易损性函数和考虑知识不确定性的地震易损性函数的解析表达式,并给出了其参数确定方法。证明了基于位移的函数与基于地震动强度的函数之间存在一致性。推导了考虑知识不确定性的地震易损性点估计函数的置信度水平。利用地震风险等于地震危险性与地震易损性的卷积,采用幂指数形式的地震危险性函数,进一步将已获得的地震易损性解析函数拓展得到概率地震风险函数的解析形式。利用得到的地震易损性与风险的解析函数,可简化地震易损性和风险评估的过程,方便对不同结构体系进行概率地震安全评估。     

基于时域显式随机模拟的隔震结构易损性分析研究

工程结构的地震易损性分析结果是结构抗震性能评价和地震灾害评估的重要依据，考虑地震激励的非平稳随机过程本质，采用随机振动方法来进行易损性分析更具合理性。针对带隔震基础的多层结构，提出基于时域显式随机模拟的隔震结构易损性分析方法。首先建立求解局部非线性运动方程的显式降维迭代列式，继而与随机模拟相结合，求解层间位移和隔震层位移的首超概率，最终考虑不同地震动强度得到隔震结构易损性曲线。算例结果表明，相比于传统蒙特卡罗方法，基于时域显式随机模拟的方法具有一致的计算精度和明显更高的计算效率，有利于隔震结构易损性分析的工程应用。     

基于修复函数的连续梁桥抗震韧性因素及改进评估研究

为了研究三种修复函数的功能，以一座三跨钢筋混凝土连续梁桥为工程背景进行分析。通过增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis，IDA)进行时程分析，结合构件损伤判定准则及一阶界限法计算桥梁系统易损性。基于易损性考虑桥梁震后功能损失及震后修复，将目标功能、耽搁时间作为影响因素，研究三种修复函数的性质。结果表明：不同修复函数对目标功能的敏感程度不同，指数型最大，其敏感系数分布于60%～80%间、直线型居中，敏感系数稳定在60%、三角型最小，敏感系数小于10%；耽搁时间对修复函数的影响程度为指数型＞直线型＞三角型，且各修复函数抗震韧性的耽搁时间节点存在依次为90d、70d、40d；改进的抗震韧性评估结果属于合理范围，其考虑了桥梁破坏状态所受地震动强度变化的影响，克服了三种修复函数使用范围的局限性，为震后连续梁桥的修复提供一定的理论依据。     

考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构抗震性能评价

在基于性能的地震工程理论框架下,地下结构易损性分析及抗震性能评价当中结构损伤状态的划分多采用确定性的损伤状态阈值。基于传统地下结构易损性分析框架基础上进一步提出了考虑损伤界限模糊性的地下结构易损性分析方法,以三层三跨地铁车站结构为例建立二维非线性土–结构相互作用分析模型,选取21条地表天然地震动反演到基岩面并调幅作为非线性增量动力分析的输入地震动,引入三角形和拟正态形隶属度函数计算不同损伤状态下最大层间位移角的隶属度得到不同地震动强度等级下的模糊失效概率,通过极大似然估计方法拟合计算结果并建立考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构易损性曲线。分析结果表明：采用模糊性评价方法所给出的地下结构地震易损性曲线总体上更趋于安全;考虑损伤界限的模糊性,会增加结构地震易损性曲线的离散性;而且隶属度函数类型的选取对模糊地震易损性分析结果影响可忽略不计。     

岩体不连续面互相关产状模拟的Copula函数方法

为准确描述岩体不连续面产状(倾角和倾向)的统计特性,并考虑倾角和倾向之间的互相关性,提出不连续面互相关产状模拟的Copula函数方法,通过确定拟合不连续面产状实测数据最优的边缘概率分布和Copula函数(相关结构),建立不连续面倾角和倾向的二维联合概率分布函数。同时与传统的Fisher分布和二维经验分布方法的计算结果进行可视化对比分析,采用极射赤平投影方法在赤平投影图上比较实测产状和不同方法模拟的产状之间的差别。最后,通过4个案例验证了提出方法的有效性。结果表明：传统的Fisher分布和二维经验分布方法不能准确描述不连续面产状之间的互相关性,而提出的Copula函数方法能够基于少量的实测数据更加灵活地构造出具有任意边缘分布类型和相关结构的产状联合概率分布函数,更加真实地表征不连续面产状之间的互相关性,克服了以往构建不连续面产状概率分布模型时将倾角和倾向视作2个独立变量的局限性。     

川藏线不同墩高铁路简支梁桥地震易损性分析

基于地震易损性分析的理论方法,建立了川藏线铁路简支梁桥的分析型地震易损性模型。根据桥梁结构自身不确定参数,采用拉丁超立方体方法进行抽样并建立桥梁分析样本库。利用实测的汶川地震动对各样本进行了非线性动力时程分析,获得结构各构件的最大动力响应数据,通过回归分析建立了地震动强度和桥梁构件地震需求之间的关系。在确定结构不同构件各损伤状态对应的极限状态后,基于对数正态分布假设,采用传统可靠度理论建立了桥梁各构件地震易损性曲线,获得的易损性曲线可以为川藏线抗震设计提供依据。     

基于分步调幅法的钢筋混凝土结构主余震易损性曲面分析

传统主余震易损性分析多采用仅考虑主震强度或余震强度的标量式易损性函数，所获得的易损性曲线无法全面反映主、余震强度对结构抗震性能的综合影响。为解决这一问题，提出了一种同时包含主、余震强度的主余震易损性曲面分析方法。通过对主余震序列进行主、余震分步调幅，获得包含不同主、余震强度组合的主余震序列输入。通过分步拟合，构建同时包含主、余震强度的主余震需求模型，生成主余震易损性曲面，并进一步计算获得具有不同危险性水平的主、余震强度所对应的主余震易损性指数。以一栋按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构为例，采用所提出方法进行了主余震易损性曲面分析。分析结果表明：所提出方法可以有效地生成结构的主余震易损性曲面，给定主震危险性水平而提升余震危险性水平或给定余震危险性水平而提升主震危险性水平，均可带来结构主余震易损性指数的提高，且后者引起的主余震易损性指数提高幅度更为显著，证明了主震作用在主余震易损性分析中的主导地位。     

考虑倒塌概率修正的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

为研究倒塌概率对非倒塌极限状态的影响,提出了考虑倒塌概率修正的结构地震易损性分析方法。基于全概率定理,将结构极限状态划分为倒塌状态和非倒塌状态两类,若结构发生倒塌则认为结构发生非倒塌极限状态破坏的概率为100%。考虑倒塌概率修正的地震易损性分析方法包含直接方法和间接方法,其中,直接方法是直接对传统地震易损性函数进行修正,而间接方法仅修正地震易损性函数中的概率地震需求参数。以4榀不同高度不同设防烈度的钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,选择100条实际地震动记录作为输入,分别采用直接方法和间接方法开展考虑倒塌概率修正的地震易损性分析。结果表明：倒塌概率对轻微破坏和中等破坏极限状态的影响较小,而对严重破坏极限状态的影响较大;在地震动强度较小时,两种方法对地震易损性的修正结果相差较小;随着地震动强度的提高,两种方法对地震易损性修正结果的差距逐渐增大。