衔接GMPE的城市燃气管网连通易损性分析

为合理评估城市燃气管网在不同地震动强度下的连通性,以地震动预测方程(GMPE)为输入依据,通过蒙特卡罗模拟方法给出了考虑地震动不确定性的城市燃气管网连通易损性计算方法.首先,在某设定震级下,基于地震动预测方程(GMPE)确定燃气管网各点的输入地震动强度指标(峰值加速度P_(ga)和峰值速度P_(gv)),同时采用正态分布抽样来模拟随机误差变量的分布以体现不确定性.然后,利用蒙特卡罗模拟方法确定燃气管网系统各单元失效概率,再通过震后的管网中未通气的节点数量比例来定义连通性的损失指标.最后,计算得到多个设定震级下损失指标的超越概率和连通易损性曲线.本研究基于该流程以中国华北某城市燃气管网作为实例进行连通易损性分析,同时针对地震动预测方程中不确定性的影响进行了对比研究.计算结果表明,该市燃气管网在考虑地震动不确定性时的震后各个破坏状态对应的震级均值比不考虑时小接近0.5级,且在不同震级下连通性能超过某破坏状态的概率也偏大.本研究所建议的连通易损性分析流程可以为城市评估整体燃气管网的概率地震风险提供参考,同时较好考虑了地震动的区域差异性和不确定性.     

基于地震易损性分析的非延性RC框架黏滞阻尼器加固方案决策

通过基于云图法的概率地震易损性分析对黏滞阻尼器加固的非延性RC框架结构的抗震性能进行评价.以黏滞阻尼器的速度系数和加固后结构的等效阻尼比为设计变量,设计了9种不同的黏滞阻尼器加固方案.基于地震易损性分析对不同方案的加固效果进行了评价,发现采用黏滞阻尼器加固后,非延性RC框架结构的地震易损性降低,抗震性能得到较大的提高,并基于易损性曲线分析给出了非延性RC框架黏滞阻尼器加固的最佳方案决策.     

高墩大跨铁路桥梁构件三维地震易损性分析

针对目前桥梁易损性分析方法大多仅适用于一维地震作用下的分析局限性,构建了桥梁危险部位的三维地震损伤指标函数,运用结构可靠度理论和概率统计分析法,推导了三维地震下桥梁损伤破坏发生概率计算理论,建立了三维地震桥梁易损性分析方法.以西部地区某典型铁路刚构-连续梁桥为研究对象,基于云图法的计算结果,验证了三维易损性分析方法的正确性,并建立了桥梁构件全视角极坐标空间易损性云图,全面评估了桥梁构件三维抗震性能.分析结果表明:只进行桥梁结构纵、横向地震易损性分析,已无法真实有效地评估桥梁的实际抗震能力,应开展典型桥梁三维易损性分析.建立的桥梁构件全视角易损性云图可用于评估桥梁的抗震性能,为桥梁三维地震下的抗震设计提供依据.     

基于拱冠位移的拱坝地震易损性

选取一系列地震波对同时考虑材料非线性和横缝非连续接触的拱坝进行大量的动力时程分析,以拱冠最大位移为响应参数定义3个性能水准,结合通过结构反应回归分析得到的概率地震需求模型,建立在地震作用下基于拱冠位移的拱坝易损性曲线,比较不同地震动参数表示下概率地震需求模型以及易损性曲线的区别.利用易损性曲线计算拱坝在不同大小地震作用下处于各级性能水准的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据.     

风电塔在地震和风荷载下的失效概率评估

本文主要对于某在役风电塔在地震和风荷载下的失效概率进行评估,并展开对比分析。为了对于地震和风荷载进行灾害危险性分析,首先结合风电塔特有的设计使用年限对于特定地区下的地震和风的发生概率开展了概率分析,得到灾害危险性曲线。为了对于该风电塔在地震和风荷载下进行易损性分析,以壳体单元和梁单元建立了包含叶片和塔体的有限元模型,以地震反应谱和风谱为基准选择和生成了多组时程记录,使用增量时程动力时程分析的手段,分别在地震和风荷载下,开展大量的非线性有限元计算,得到该风电塔在两个灾种下的易损性曲线。根据危险性分析和易损性分析结果,使用全概率公式,比较了地震和风两种不同灾种下的风电塔的总体失效概率。结果表明,基于风电塔特定设计使用年限的危险性评估可以避免计算过于保守的问题。该风电塔由于可变桨距,风荷载下在运转工况范围内响应大致保持不变。另外,对于该风电塔,风荷载下的失效概率大于地震,一方面是因为风电塔是相对长周期的结构,位于地震反应谱的下降段,因此实际的地震响应比较低,另一方面,该风电塔结构建设在风能的充沛区域,强风荷载的发生概率较大。本文所开展的考虑风电塔特有设计使用年限的概率分析对于风电领域在多灾种下的概率评估提供了有益指导。     

基于子集模拟的非线性相邻结构地震碰撞易损性及风险评估方法

鉴于利用线性相邻结构的相对位移峰值估计避免地震碰撞的最小结构间距的方法安全水平未知,提出基于性能的概率方法用于评估非线性相邻结构发生地震碰撞的风险. 利用高效计算小失效概率的子集模拟法对地震碰撞易损性进行计算;以动力特性差异显著的等高多自由度相邻结构为例,研究不同结构间距下考虑非线性与否的相邻结构地震碰撞易损性与风险的规律;将所提方法用于评估结构间连接减轻相邻结构地震碰撞概率的效果. 结果表明,非线性相邻结构的地震碰撞概率随地面峰值加速度的增加整体呈增大趋势,但存在局部波动;结构间距越大,考虑非线性与否所得的地震碰撞概率差别越大;当结构间距较大时,为了保证减撞效果,结构间连接刚度须足够大.     

框架剪力墙基础隔震结构地震易损性分析

基础隔震技术已广泛应用于实际工程中,因此,对这类结构展开易损性分析对深入了解基础隔震结构技术在地震作用下的响应具有重要意义。利用有限元软件SAP2000建立某12层框架剪力墙基础隔震结构,选取13条地震波,将每条地震波按照一定比例进行调幅,得到143个地震动样本空间,对结构进行非线性动力时程分析。通过对所得的损伤数据进行概率统计分析,绘制出基础隔震结构的地震易损性曲线。通过易损性曲线,得到了框架剪力墙基础隔震结构在不同地震作用下的破坏概率和破坏状态,从而对该类结构进行了易损性分析,为该类结构抗震性能评估提供依据。     

风电塔在地震和风荷载下的失效概率评估

对某在役风电塔进行了地震和风荷载下的失效概率对比。首先,结合风电塔特有的设计使用年限对于特定地区下的地震和风的发生概率进行概率分析,得到灾害危险性曲线。接着,以壳体单元和梁单元建立了包含叶片和塔体的有限元模型,以地震反应谱和风谱为基准选择和生成多组时程记录,使用增量时程动力时程分析的方法,分别在地震和风荷载下,进行非线性有限元计算,得到该风电塔在两个灾种下的易损性曲线。最后,根据危险性和易损性分析结果,使用全概率公式,比较在地震和风两种不同灾种下的总体失效概率。结果表明,采用特定设计使用年限对风电塔危险性进行评估可以避免计算过于保守的问题。由于可变桨距,在风荷载和运转工况范围内,风电塔响应大致保持不变。另外,风荷载下风电塔的失效概率大于地震,一方面,因为风电塔的固有周期相对较长,位于地震反应谱的下降段,实际的地震响应比较低;另一方面,风电塔建设在风能的充沛区域,强风荷载的发生概率较大。本文考虑风电塔特有设计使用年限的概率分析对风电领域在多灾种下的概率评估提供了有益指导。     

钢筋砼框架结构易损性评估的参数敏感性分析

运用基于位移的地震易损性概率评估方法,以梁铰破坏机制的钢筋砼框架为例,就地面峰值加速度、框架梁的几何参数和结构的材料参数在易损性评估中的敏感性展开研究.研究表明,地面峰值加速度、框架梁几何参数和钢筋极限应变的均值变化会对钢筋砼框架结构的地震易损性评估结果产生较大的影响,它们的变异系数取值也会对易损性评估结果产生一定的影响,但影响程度要小于均值的变化;砼极限应变的概率分布特征则对地震易损性的评估结果影响甚微.     

基于增量动力分析的隧洞结构抗震性能评估

近年来随着地震灾害的频繁发生,强震区的地下结构屡屡遭受破坏。长大隧洞作为中国实施西部大开发战略的重要基础工程,其抗震安全问题尤为突出。通过引入增量动力分析（IDA）,结合地震易损性分析方法,提出基于损伤系数指标的隧洞结构抗震性能评估方法。该方法以震后衬砌结构特征部位的损伤系数为性能参数,以地震峰值加速度为强度参数,并建议了适用于隧洞结构抗震安全评价的5级震害划分标准和4级抗震性能水平。针对某隧道工程实例,通过大量非线性动力时程计算,得到了各抗震性能水平下衬砌结构特征部位的地震易损性曲线,进而分析了不同抗震设防水准下衬砌结构发生破坏的概率。结果表明：在8度多遇地震作用下,衬砌结构基本无破坏;在8度设防地震作用下,拱腰处于基本完好状态的概率为87.6%,处于轻微破坏状态的概率为10.72%;在8度罕遇地震作用下,拱腰处于轻微破坏状态的概率为68.7%,处于中等破坏状态的概率为20.8%。在横向和竖向地震动输入下,衬砌结构特征部位的抗震性能由小到大依次为拱腰、拱肩、拱脚、顶拱和仰拱,拱腰、拱肩和拱脚为抗震设计的薄弱部位。该方法较好地考虑了地震动的随机性,可为隧洞结构抗震安全评价提供一种有效思路,研究成果也能为隧洞结构的抗震减震设计提供参考。     

生命线系统相互作用下性态评价方法

在总结生命线系统地震中相互作用特点的基础上,探讨了生命线系统的地震性态破坏特点,并进一步利用故障树分析方法和地理信息系统的网络分析方法探讨了生命线系统相互作用下的地震破坏机理,建立了一套考虑相互作用的生命线系统地震性态评价新方法.     

供水管网地震漏损蒙特卡洛模拟分析

为研究供水管网在不同地震烈度下的漏损情况和水力特性,基于管道地震破坏评估模型和概率分析方法,对不同地震烈度下管线的破坏概率和渗漏状态进行了计算分析,引入折减系数对管段抗震可靠度分析方法进行改进,并与传统计算方法比较,验证了其合理性。发展了Monte Carlo模拟技术在供水管网流分析方面的应用,并考虑带渗漏和爆管两种出流方式。编制程序对一大型管网进行了模拟分析,给出了震后带漏损情况下管网的漏失率和破坏情况,结果与实际地震灾害情况相符。     

功能耦合的城市水电网络抗震韧性分析方法

水电网络作为城市基础设施的重要组成部分,在城市日常运行中承担着为城市居民生产生活供水供电的重要任务,一旦在地震中遭受破坏,将会对城市的应急救援、火场消防、医疗保障等产生显著的影响,为此应充分保障其抗震韧性。为实现对具有高度功能耦合特性的水电网络进行抗震韧性分析,提出一项基于网络流理论的耦合水电网络抗震韧性分析方法。该方法首先建立水电系统协同恢复的优化目标函数,同时根据网络流方法,建立水电系统地震灾后功能恢复过程中的约束条件,通过混合整数规划方法并基于Gurobi求解器进行求解。该方法一方面可以有效地评估各网络不同部分的抗震性能,另一方面又能够根据既有维修资源,合理安排维修任务,实现耦合系统的最优恢复。研究结果表明：由于水电网络构件物理破坏的不确定性,其恢复过程呈现显著的离散性,且这种离散性随时间变化而变化;从平均意义上来看,电网比水网表现出更快的恢复速度。     

考虑腐蚀的城市燃气管网抗震可靠度分析

基于马尔可夫过程原理提出了管线腐蚀发生模型,结合线性腐蚀发展模型,获得了埋地管线截面面积的概率密度函数。在此基础上,利用弹性地基梁原理给出了管线在地震作用下的地震反应,采用随机摄动方法给出了腐蚀管线地震反应的均值和标准差。根据规范公式建立了地震下管线极限状态方程,进而获得管线抗震可靠度。利用改进最小路递推分解算法进行了管网的抗震可靠度分析。该算法以网络最小路为分解策略,利用布尔运算原理给出了网络的递推分解格式,可以同时获得管网的不交最小路和不交最小割,进而利用概率不等式给出满足工程精度的结果。利用上述方法对一个工程实例进行了抗震可靠度分析。     

Lifeline system network reliability calculation based on GIS and FTA

Lifeline systems are the most important infrastruc-tures for our daily activities. To reduce their seismichazard and improve their abilities to resist the high-risklevel are both the key objectives for lifeline earthquakeengineering. In recent years, the massive losses causedby major urban earthquakes, like Northridge (1994,U.S.A), Kobe (1995,Japan), Izmit (1999,Turkey)and Jiji (1999, Taiwan), have led researchers andpractitioners to re-evaluate the general methodologies atpresent, which h…     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

地震作用下大型渡槽结构输水功能可靠性分析

大型钢筋混凝土渡槽作为生命线类水工结构,其输水功能可靠性至关重要。然而,一方面混凝土材料的力学性能表现出显著的随机性与非线性特征,另一方面渡槽结构在服役期内可能遭受不确定的灾害性地震作用,对渡槽结构的服役安全带来威胁。为此,采用混凝土随机损伤力学模型量化混凝土随机性与非线性耦联下渡槽结构的动力响应,并基于概率密度演化理论给出了渡槽结构输水功能可靠性分析方法。以某实际大型钢筋混凝土渡槽结构为例,详述了渡槽结构输水功能可靠性分析的原理和实现流程。研究表明,概率密度演化理论可以准确高效地对渡槽结构输水功能可靠性进行评估;不同设计水准下渡槽结构的输水功能可靠性指标存在一定的差异,在设计初期应予以合理考虑。     

核电厂预应力混凝土安全壳结构抗震裕度评估

为了探究不同强度地震作用下核安全壳结构发生开裂的失效概率,评估结构抗震裕度,对其进行静力弹塑性分析,确定发生开裂破坏时的顶点水平位移损伤指标.选取15条地震动记录对结构进行增量动力分析,对结果进行线性回归分析,得到结构地震概率需求模型及地震易损性曲线.利用对数正态地震易损性分析模型进行结构抗震裕度分析,确定了结构高置信度低失效概率值为0. 254g,该值为安全停堆地震水平的1. 27倍.结果表明,核安全壳结构具有良好的抗开裂能力,地震易损性分析可以较好地反应其发生开裂破坏的概率与地震动强度水平之间的关系.