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。     

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。     

考虑结构不确定性的地震倒塌易损性分析

传统的地震倒塌易损性分析中通常只考虑地震动不确定性的影响。在结构临近倒塌时,通常处于高度非线性状态,会出现结构不确定性与地震动不确定性的耦合放大现象。针对这一问题,将平均值一次二阶矩方法（MVFOSM）与逐步增量动力分析（IDA）相结合,提出了一种可以考虑结构不确定性的基于MVFOSM的随机IDA方法。以五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,采用基于MVFOSM的随机IDA方法对其进行了地震倒塌易损性分析,并利用“龙卷风图”方法对结构抗地震倒塌能力的灵敏度进行了分析。研究表明：结构不确定性的存在使得结构抗地震倒塌能力的对数标准差增加了70%,因此有必要在地震倒塌易损性分析中考虑结构不确定性的影响。     

考虑结构与地震动双重不确定性的混凝土框架建筑地震易损性研究

考虑建筑结构与地震动的双重不确定性对地震易损性分析的影响,采用人工合成地震波及拉丁超立方体抽样来考虑地震动与结构的不确定性,形成了300个"结构-地震动"的随机样本,借助于Open SEES有限元平台对混凝土平面框架结构分别进行概率地震需求分析与概率能力分析,绘制混凝土框架建筑物的地震易损性曲线,并分别讨论结构高宽比及轴压比对混凝土框架结构抗震性能的影响。研究表明:地震动与结构的双重不确定性对地震易损性评估的结果影响显著,结构的地震易损性性能受轴压比影响较为明显,所提及的方法对于地震易损性分析具有很好的应用前景。     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立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20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。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,结合增量动力分析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易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

基于性能的方钢管混凝土框架结构地震易损性分析

钢-混凝土组合结构由于兼有钢结构和混凝土结构的优点,近年来得到了迅速发展和广泛应用,目前已成为我国高层建筑领域内应用较多的一种结构形式。虽然在地震区越来越多地采用这种新型的结构,但迄今为止还没有发现对钢-混凝土组合结构的地震易损性进行过研究的文献。因此给出一种基于性能的结构整体地震易损性分析方法,该方法既考虑了结构本身的不确定性,又考虑了地震动输入的不确定性。并定义了结构整体和楼层的四个极限破坏状态,从而提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。最后采用该方法对两个不同类型的方钢管混凝土框架结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构的易损性能进行评估和分析,并比较了两个结构的易损性能。     

基于性能的钢框架结构地震易损性分析

结合我国2010版抗震规范,根据结构极限状态定义结构整体地震需求参数的损伤状态极限限值和性能水平,提出基于性能的有效评估结构抗震性能的易损性分析方法。以一钢框架结构为例,考虑地震动输入的不确定性,基于增量动力分析(IDA)获得结构地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,回归最大层间位移角与地震动峰值加速度的对数函数关系式,得到结构的易损性曲线,由此确定结构在不同地震作用下处于不同性能水平下的失效概率。并与传统的破坏标准的地震易损性分析结果进行比较,结果表明:不同破坏标准下易损性分析结果不同;规范的各种破坏状态偏于保守;在大震作用下,结构倒塌风险小。为钢框架结构抗震设计、地震灾害损失评估和未来地震的损失预测提供参考依据。     

基于变形的土石坝地震易损性分析

地震易损性分析是地震风险分析的重要组成部分,可以预测结构在遭受不同等级地震荷载作用下发生各级破损的概率。土石坝在地震作用下易发生不同程度的破坏,对其进行易损性分析可以为土石坝地震风险分析及评价提供有效途径。考虑土石坝材料参数及地震动输入不确定性因素的影响,提出了基于变形的土石坝地震易损性分析方法。采用正交设计法选取材料参数样本组合,分别施加不同地震峰值加速度进行地震反应分析,基于坝顶相对沉陷破损评价指标,给出了大坝的易损性曲线。以云鹏心墙土石坝为例进行了地震易损性分析,得到大坝不同震损等级的风险概率,对土石坝地震风险评估和抗震设计优化、维修加固决策等具有重要意义和应用价值。     

基于性能的重力式挡墙地震易损性分析

位于高烈度地震区的支挡结构时刻面临着特大震灾的严峻考验,迄今国内外还没有人针对重力式挡墙系统地做过易损性方面的研究工作。采用增量动力分析方法,考虑地震动输入的不确定性,选取PGA为地震强度参数,挡墙的位移指数D_I为性能参数,基于振动台模型试验划分了挡墙的抗震性能水准,利用FLAC^3D对8 m高的重力式挡墙进行了地震动力响应分析和地震易损性分析,通过易损性曲线对挡墙在不同地震动作用下的易损性进行了评估和对比分析。研究表明：PGA与挡墙的位移指数近似呈指数关系,当地震动加速度小于0.4g时,场地条件对墙体位移指数的影响不显著,当地震动加速度大于0.4g时,土质场地挡墙位移指数与岩石场地挡墙相比显著增大,墙体位移指数受场地条件的影响显著。当PGA<0.4g时,挡墙基本保持完好或以轻微损伤破坏为主;当PGA>0.6g时,挡墙已完全损伤,发生严重损坏的概率也较大;当PGA>0.8g时,会造成挡墙的严重损坏,甚至可能造成整体倒塌,需要采取一定的抗震加固措施。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一,使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量,引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度,基于传统的增量动力分析方法,建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本,对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率,结合群体结构震害评估中的震害指数经验值,得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:近断层向前方向性地震动作用下,依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下,结构仍处于中等破坏水平,表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

基于易损性的钢筋混凝土框架结构抗震性能裕度评估

采用性能裕度比作为评估结构抗震性能的指标,该指标通过计算地震易损性中位值与多遇地震、设防地震和罕遇地震强度的比值来评估结构的抗震性能裕度。选择4种考虑不同抗震设防水平的5层3跨钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,通过易损性分析,计算得到结构的性能裕度比。研究结果表明：随着结构抗震设防水平的提高,结构的地震易损性中位值和结构所对应的多遇地震、设防地震和罕遇地震的强度随之增加。然而,由于前者的增加幅度要小于后者的,因此,结构的性能裕度比随其抗震设防水平的提高而降低;在设防地震和罕遇地震作用下,结构具有足够的性能裕度以满足“中震可修”和“大震不倒”的性能要求;抗震设防水平的提高会使结构不满足“小震不坏”的性能要求。     

路堤震害风险概率评价与管理研究

 路堤震害在破坏性地震中十分普遍,开展路堤震害风险概率评价并提出合理的震害风险管理方法对提高公路抗震能力和区域防灾减灾能力具有重要意义。进行路堤震害等级划分,选取路堤震害损伤参数,建立路堤震害等级与震害损伤参数的对应关系;以连霍高速公路西宝段K1125+470处路堤为例开展基于CPSHA的公路地震危险性评价,基于IDA和PSDA的路堤震害易损性评价以及基于危险性曲线的路堤震害风险概率评价;在明确路堤震害风险可接受度的基础上提出路堤震害风险管理方法,验证挡土墙对提高路堤抗震性能的积极作用。研究结果表明：连霍高速公路西宝段地震危险性评价结果比第四代地震区划图略高,这与目前渭河断陷盆地地震活跃的现实是一致的;PGA(PGA为地震动峰值加速度)达到0.6 g时,路堤超越严重损伤的概率为65.910%,达到0.8 g时,超越严重损伤的概率为99.995%,说明路堤震害易损性较高;路堤未来50 a超越严重损伤的风险概率为36.46%,发生基本完好和轻微损伤的风险概率为28.49%;以路堤未来50 a发生毁坏的风险概率40%为风险可接受度,路堤震害风险管理方法适用于新建路堤的抗震设计和已建路堤的抗震加固;未来50 a有挡土墙路堤超越严重损伤的风险概率比无挡土墙路堤低15.29%,发生基本完好和轻微损伤的风险概率比无挡土墙路堤高15.62%。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

Seismic fragility assessment of a tall reinforced concrete chimney

In China, a considerable proportion of reinforced concrete (RC) industrial chimneys in operation was designed and constructed in accordance with less rigorous outdated seismic criteria during the end of 19th and early 20th century. However, few research works have been reported till date on a realistic overall assessment of the seismic performance of these existing aging RC chimney structures. Therefore, in this study, fragilities of existing RC chimney were studied. For this purpose, an existing 240 m tall RC chimney was selected and structurally modeled with a lumped mass beam (stick) model by means of the OpenSees analysis program. In order to capture the uncertainties in ground motion realizations, a series of 21 ground motions are selected from the Next Generation Attenuation database as the input motions. To develop the analytical fragility curves, nonlinear incremental dynamic analysis of the studied RC chimney was then carried out using the selected input motions, which were normalized to different excitation levels. The section curvature ductility ratio was considered as the damage index. Based on material strain and sectional analysis, four limit states (LSs) were defined for five damage state. The seismic responses of the all sections were utilized to evaluate the likelihood of exceeding the LSs. Then the peak ground acceleration (PGA)‐based seismic fragility curves of the structure were constructed assuming a lognormal distribution. Finally, under the light of these fragility curves, the damage risks in existing RC chimney were discussed. The analytical results indicated that for design level earthquake of PGA = 0.1 g (g is the gravitational acceleration) and the maximum considered earthquake of PGA = 0.22 g, the probabilities of exceeding the light damage state were around 1.5% and 44%, respectively, while the exceedance probabilities corresponding to moderate, extensive and complete damage states were approximately zero in both cases. On the other hand, fragility analysis revealed that the RC chimney structure had considerable ductility capacity and was capable to withstand a strong earthquake with some structural damages. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于性能的自复位钢框架震后功能恢复能力量化分析

自复位结构由于具有较好的抗震性能,近年来得到学者的广泛关注。目前对自复位结构体系的抗震性能评估仍然集中在结构的最大层间位移角、楼层的峰值加速度和残余层间位移角等,而对该结构体系的综合抗震性能评估较少,因此基于功能恢复能力的概念,以自复位耗能支撑钢框架和自复位屈曲约束支撑钢框架为例,对两种结构分别进行增量动力分析,得到结构体系的地震易损性曲线。进而计算结构的直接经济损失,基于地震损失评估模型,评估结构体系震后的恢复时间和总损失。最后,采用三种不同的功能恢复函数模型,对比分析了两种自复位结构震后功能恢复能力,为自复位结构体系的抗震性能分析提供参考。     

Seismic vulnerability assessment of reinforced concrete silo considering granular material‐structure interaction

As a special shell structure, silos are used in storing a wide range of multitudinous granular materials. However, seldom have researchers assessed seismic vulnerability of the reinforced concrete (RC) silo. This paper aims at studying the seismic vulnerability assessment of a silo, which is located in Zhoushan, China. Prior to assessing the seismic vulnerability of the selected RC silo, the validation of the hypoplastic constitutive model, which is used to simulate granular materials, is studied. After discussing the validation of the hypoplastic theory, the numerical model considering granular material‐structure interaction is developed by means of the ABAQUS software. And the numerical simulation results are compared with the experimental data obtained from a shaking table test discussed in order to confirm the validation of the numerical model, which is used to study the seismic vulnerability of the RC silo. Then the seismic fragility assessment of the selected RC silo is performed using the incremental dynamic analysis. The analytical results showed that the hypoplastic theory can be used to simulate the stored materials in the silo considering the collapse property before entering plastic state of granular materials. For the design basic acceleration, the fragility curves of the selected RC silo showed that the probability of exceeding the no or light damage state was about 2.12%. For the maximum considered earthquake, the exceeding probability of no or slight and the moderate damage states was 17.63% and 1.31%, respectively. With respect of the severe and total damage state, the exceeding probabilities were almost zero. Therefore, the selected RC silo structure has enough safety stock to withstand strong earthquakes in the future. Finally, a general design procedure considering seismic fragility assessment was presented in order to provide references for other structure design. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑多重不确定性的我国多层#br# 冷成型钢结构地震风险评估

准确评估建筑结构的地震风险是实现其性能化抗震设计的重要组成部分。冷成型钢结构体系作为绿色和工业化建筑的典型代表,却鲜有针对于我国的地震风险评估研究。文章旨在分析和评估多层冷成型钢结构抗震分析所涉及的多重不确定性因素,进而定量评估该类结构在我国的地震风险。文章设计1栋八度抗震设防的6层冷成型钢结构,基于经过振动台验证的简化数值分析方法建立结构的简化数值模型,定量求解结构的多重不确定性因素和在使用周期内(50年)的地震风险。研究结果表明：由于我国一些地区的地震危险性形状系数较大,在考虑多重不确定性后,结构的破坏概率显著提高,50年使用周期内倒塌概率的增幅达到10倍以上;算例结构在50年使用周期内基本满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求,对于个别特殊区域应适当控制结构发生轻微破坏的概率。此外,文章建议应全面考虑多重不确定对冷成型钢结构地震风险的影响,对不确定性参数的取值和地震风险的计算方法可提供借鉴。     

震损建筑抗震鉴定加固中地震作用取值研究

在震损建筑抗震鉴定加固中,有关地震作用取值如何调整是值得深入研究的问题。以均匀Poisson过程描述地震的概率模型,以极值分布反映地震作用的概率分布,给出了地震烈度、地面峰值加速度与水平地震影响系数最大值之间的换算关系及其危险性曲线公式;阐释了等设防烈度原则、等超越概率原则和等重现期原则的基本原理;列出了震损建筑的几种分类方法及类别。基于震损建筑的后续使用年限,提出采用等重现期原则调整其地震作用取值的办法,并列出了具体的计算步骤。研究表明：相比等设防烈度原则和等超越概率原则,等重现期原则更为合理地反映了震损建筑在后续使用年限内遭遇相当设防烈度地震的风险概率,因此更适用于震损建筑抗震鉴定加固中地震作用取值的调整。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。