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。     

地震动强度指标选取对IDA结果的影响

增量动力分析(IDA)方法是种基于弹塑性时程分析的参数分析方法,可以反映出结构在地震作用下的动态特性、抗震性能等特性。本文以一栋钢筋混凝土框架结构为例,选取地震动峰值加速度、阻尼比为5%结构自振周期对应的加速度谱值、地震动峰值速度作为地震强度指标,比较分析了不同指标参数对IDA结果的影响,表明以谱加速度数值为指标参数时,评测结构的倒塌性最保守。     

高面板堆石坝抗震安全评价标准与极限抗震能力研究

针对强震区高面板堆石坝的特点,提出了基于稳定、变形、面板防渗体系安全的高面板坝抗震安全评价和极限抗震能力分析方法,并建议了坝坡抗震稳定、坝体局部动力稳定、坝体地震残余变形、面板防渗体系的抗震安全评价标准。对坝高超过250 m的某高面板堆石坝进行了极限抗震能力分析,根据坝坡稳定性、地震残余变形、单元抗震安全性、面板防渗体系抗震安全性等多角度的评价结果,初步认为,该高面板堆石坝的极限抗震能力为0.50g~0.55g。     

基于IDA方法的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

采用SAP2000结构分析软件,选取12条地震动记录,对7个RC框架结构进行基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析。对地震动强度参数PGA和S_a(T_1,5%)的有效性进行了对比,选取离散性小的参数绘制地震易损性曲线,并分析了混凝土强度和轴压比对RC框架结构地震易损性的影响。结果表明:以S_a(T_1,5%)作为地震动强度指标绘制的IDA曲线离散性较小;随着地震动的增强,IDA曲线的斜率逐渐减小,曲线的离散性越来越大。结构很容易超越小震不坏的弹性阶段,并且抗倒塌能力较强。混凝土强度越高,结构在地震作用下越不容易发生破坏;轴压比越大,结构在地震作用下越容易发生破坏。分析结构的地震易损性可以为地震灾害评估提供依据。     

基于增量动力分析的既有高层剪力墙结构地震易损性研究

本文基于增量动力分析(IDA)方法,对某既有高层剪力墙住宅的抗震性能进行了研究.通过IDA分析,得到了结构在不同地震动强度下的最大层间位移角分布,通过该结构五个性能水准/极限状态下的位移角限值,得到了结构各极限状态的超越概率曲线和结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下达到各极限状态的地震易损性矩阵.结合地震危险性分析,对结构达到各极限状态的损伤风险进行了评估.结果表明,本结构可满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标,抗震性能良好;基于IDA方法对结构进行地震易损性分析,可给出既有高层建筑结构地震损伤风险的定量评价结果,是既有高层建筑结构抗震性能评估的有效手段.     

超高层结构地震响应与地震动强度指标相关性研究

作为性能化抗震设计方法中的重要内容,地震动强度指标将地面运动的各项特性与结构地震响应紧密地联系起来。在总结分析地震动强度指标研究现状及问题的基础上,针对框架-核心筒结构,本文探究了地震作用下结构的多种地震响应与不同地震动强度指标之间的相关性及其变化规律。通过分析给出了不同周期段超高层建筑在抗震分析中地震动强度指标的选取建议。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

基于地震变形易损性的高土石坝抗震安全分析

基于性能的地震易损性分析可有效估计地震作用下结构损害,是抗震安全评估的重要方法之一。以坝顶沉降最大值和坝顶横向水平位移最大值为性能参数,通过考虑坝址区域地震情况确定输入地震动数量,并提出采用性能参数突变点确定性能水平。首先,根据糯扎渡高土石坝坝址区域地震情况合理确定输入地震动数量,并采用改进PZC弹塑性模型和动力固结有限元程序SWANDYNE II进行高土石坝动力分析。以坝顶沉降最大值和坝顶横向水平位移最大值作为性能参数,通过对60条地震动的动力分析,确定性能水平。然后采用弹塑性模型-非线性方法进行动力分析,结合MSA方法得到各性能参数地震易损性曲线。通过分析性能参数平均值和标准差的变异系数与地震动数量的关系,确定地震动数量超过30条时,性能参数的平均值和标准差的变异系数基本不发生波动。最后,以地震易损性和地震危险性曲线确定糯扎渡高土石坝的抗震安全性,成果可为高土石坝抗震性能研究提供依据。     

近断层/远场地震动作用下隧道结构易损性研究

以川藏铁路线控制性工程——折多山隧道为研究对象,建立隧道动力时程分析模型。结合场地地震动设计反应谱,选取近断层脉冲型地震动及远场地震动记录,用于增量动力分析隧道工程结构的抗震性能水平。初步探讨适用于隧道结构的地震动强度指标IM,分析不同特征部位隧道结构易损性,对比分析近断层脉冲型地震动及远场地震动作用下隧道结构的地震易损性概率,并进一步给出在2种不同地震动作用下隧道结构在三级设防要求下的失效概率。结果表明:对于隧道结构,PGA为合适的IM指标;隧道左右边墙处衬砌为震害易损部位,可视作抗震设计的薄弱部位;在Ⅷ度多遇地震水平作用下,隧道结构仅发生轻微损伤甚至保持完好无损伤状态的概率较大,而在Ⅷ度罕遇与极罕遇地震水平作用下,隧道结构发生危及生命安全的严重损伤的概率较大;在相同强度的地震动作用下,近断层脉冲型地震动导致隧道结构发生更为严重破坏的可能性更大,具有更强的破坏性,在隧道抗震设计中,不可忽视近断层地震动的速度脉冲效应对隧道结构抗震性能的影响。     

基于地震变形易损性的高土石坝抗震安全分析

基于性能的地震易损性分析可有效估计地震作用下结构损害,是抗震安全评估的重要方法之一。以坝顶沉降最大值和坝顶横向水平位移最大值为性能参数,通过考虑坝址区域地震情况确定输入地震动数量,并提出采用性能参数突变点确定性能水平。首先,根据糯扎渡高土石坝坝址区域地震情况合理确定输入地震动数量,并采用改进PZC弹塑性模型和动力固结有限元程序SWANDYNE Ⅱ进行高土石坝动力分析。以坝顶沉降最大值和坝顶横向水平位移最大值作为性能参数,通过对60条地震动的动力分析,确定性能水平。然后采用弹塑性模型–非线性方法进行动力分析,结合MSA方法得到各性能参数地震易损性曲线。通过分析性能参数平均值和标准差的变异系数与地震动数量的关系,确定地震动数量超过30条时,性能参数的平均值和标准差的变异系数基本不发生波动。最后,以地震易损性和地震危险性曲线确定糯扎渡高土石坝的抗震安全性,成果可为高土石坝抗震性能研究提供依据。     

基于增量动力分析的大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估

 基于现有研究成果,将增量动力分析引入大型地下洞室群地震动力稳定性评价领域,形成大型地下洞室群的性能化地震动力稳定性评价方法。首先讨论基于PEER-NGA数据库的强震记录选取方法,根据具体工程的地震地质特性针对性地搜索合适的强震记录,为开展增量动力分析提供最优的输入地震动。然后讨论适用于大型地下洞室群的结构损伤性能参数、地震强度因子的选取,为增量动力分析提供合适的地震强度指标和抗震性能表征。继而立足于现有规范,形成了适用于大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估的2级地震动水平和2级抗震性能水平。最后采用本文的方法及步骤对大岗山水电工程地下洞室群进行地震动力稳定性评估。结果表明,该方法较好地考虑了地震动的随机性,给出洞室群的抗震性能,并可进一步对地震动力稳定性进行概率分析,为大型地下洞室群地震动力灾变失稳提供准则。     

基于IDA法的生态复合墙结构抗震性能评估

在基于性能的抗震设计中,增量动力分析法(IDA)常被用于计算结构的动力反应、损伤性能及可能的经济损失。这种设计方法弥补了传统单一的、基于生命安全的抗震设计方法的缺陷,能够可靠地保证建筑结构的功能在地震的作用下不致丧失乃至不受影响。采用IDA法对生态复合墙结构进行了抗震性能分析,提出了生态复合墙结构抗震性态目标量化的确定方法,并通过IDA曲线分析,得到了结构的倒塌储备系数(CMR),评价了生态复合墙结构的抗震性能。通过工程实例分析表明:在8度大震作用下,生态复合墙结构倒塌的概率较小,约为7.5%,具有较好的抗震性能。     

Seismic capacity assessment of postmainshock damaged containment structures using nonlinear incremental dynamic analysis

This paper investigates the structural performance and seismic capacity of the postmainshock damaged containment structure through the incremental dynamic analysis (IDA). To evaluate the seismic capacity with minimum uncertainty, the damage measure (DM) and intensity measure (IM) for IDA curves are selected in term of the coefficient of variation. The IDA using mainshock records is implemented to examine the seismic damage process of a containment structure and determine key damage states. The static cyclic loading analysis and aftershock IDA are also conducted on mainshock‐damaged containment structures to investigate the effect of initial damage states on the dynamic characteristics of structures. Finally, based on IDA results, limit states of a containment structure are defined using a generalized multidimensional limit‐state function that allows considering the dependence between the mainshock‐damaged level and residual seismic capacity. These proposed bidimensional limit‐state functions can be used in the fragility analysis and risk assessment of containment structures under mainshock–aftershock, which can improve the accuracy of seismic assessment.     

基于变形控制标准的高土石坝地震可靠度分析

基于可靠度分析的设计方法是科学定量地研究和保证岩土工程安全性的重要手段之一。通过定量考察土石坝工程中的不确定性因素,综合评估地震失效概率,可为高土石坝抗震设计和风险评估提供参考。以坝顶震陷率作为地震安全控制指标,提出了同时考虑地震和筑坝料参数不确定性的高土石坝地震可靠度分析方法。首先,采用地震烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度,通过引入地震烈度概率模型,将基于概率烈度的地震动峰值作为地震强度因子,调整规范谱人工地震波的幅值进行动力有限元计算。然后,采用适用于处理小样本和非线性问题的高斯过程响应面法,建立筑坝料参数与坝顶震陷率之间的非线性映射关系,结合蒙特卡罗法计算高土石坝地震失效概率。最后,以紫坪铺面板堆石坝为例,应用该方法考察了设计基准期内的地震失效概率。     

Seismic response and fragility analysis of fiber-reinforced concrete frame-shear wall structure

为研究在关键部位采用聚乙烯醇纤维增强混凝土材料的结构的地震反应,利用Perform-3D软件对一栋10层的框架 剪力墙结构进行单向罕遇地震（50年超越概率2%）作用下的非线性动力时程反应分析。结果表明,随着结构地震损伤程度的增加,纤维增强混凝土的优良性能发挥更加充分,对结构的抗震性能改善作用也更加明显;结构基本周期对应的加速度反应谱强度S_a(T₁)能较好地反映结构的损伤程度,适合作为地震动强度衡量指标。依据FEMA P695建议的增量动力分析方法,对22对地震动记录进行标准化处理和调幅,并通过结构地震易损性函数,给出结构在不同强度地震作用下达到“防止倒塌”极限状态的失效概率。对于框架-剪力墙结构,建议可采用墙肢塑性铰转角作为其“防止倒塌”极限状态地震易损性分析的结构反应参数。     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

基于汶川地震震害经验的土石坝抗震设计规范修编

基于汶川等地震震害、地震响应、震害机理、安全评价等方面的研究成果,主要从4个方面论述了《水工建筑物抗震设计规范》修编中有关地基和土石坝抗震设计的进展。1抗震设防标准及基本原则:调整了抗震设计标准和设计地震的确定方法;对特别重要工程按最大可信地震校核不发生库水失控下泄灾变安全裕度;一定情况下设计地震反应谱的确定需要考虑地震近场效应、上盘效应及频谱不平稳性等;对抗震甲类工程抗震设计需制定防震减灾应急预案;规定了土石坝地震反应谱,取加速度最大反应谱值max?=1.60,对应的阻尼比为20%。2场地与地基:调整了工程建设场地分类方法,场地土类型由4类调整为5类,场地类别划分更为详细;对标贯击数判别液化方法中的液化临界标贯击数计算公式进行了调整,并修订了考虑上覆有效应力影响的标贯击数校正公式。3土石坝抗震计算与安全评价:扩充了抗震计算的内容要求,规定抗震计算包括抗震稳定计算、永久变形计算、防渗体安全评价和液化可能性判别等内容;扩大了要求采用动力法进行地震作用效应分析和安全性评价的范围,规定对设计烈度Ⅶ度且坝高150 m以上,设计烈度Ⅷ、Ⅸ度且坝高70 m以上,地基中存在可液化土层等3种情况,应同时进行基于有限元法的动力分析,对覆盖层厚度超过40 m的土石坝宜进行动力分析;补充了对土石坝地震作用效应进行动力分析的原则要求,包括本构模型选取、计算参数确定、残余变形计算、稳定分析要求等;补充规定了根据动力法成果对土石坝的抗震安全性进行综合评价的原则要求。4面板堆石坝抗震工程措施:主要根据紫坪铺大坝设计、建设及震害经验,增加了针对面板堆石坝的抗震工程措施,包括坝体地震变形控制、坝顶及其附近坝坡防护、面板及垂直缝抗挤压、水平施工缝抗错台及接缝细部构造设计等。     

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。     

Collapse safety margin-oriented seismic retrofit strategy for corroded reinforced concrete frames using fibre reinforced plastics

Considering residual service life, this paper presents a collapse safety margin-oriented seismic retrofit strategy for corroded reinforced concrete (RC) frames using fibre reinforced plastics (FRP). With the assumed uniform corrosion model, corrosion-induced initial damage combined with subsequent earthquake-induced damage is identified by the multi-mode-based global damage model developed previously. The collapse-level earthquake intensity determined by incremental dynamic analyses (IDA) with the damage model and the maximum considered earthquake (MCE)-level intensity considering residual service life are combined to generate the time-variant collapse safety margin assessment of corroded RC structures. Based on this assessment, the collapse safety margin-oriented FRP seismic retrofit strategy is proposed and demonstrated on a 4-storey frame. The damage model originally developed for earthquake scenarios has also exhibited its rationality for characterising corrosion-induced initial damage and its influence on coupled damage development with subsequent earthquake excitation. Seismic retrofitting with FRP composites should consider the effects of the corrosion development stage, target collapse safety margin and residual service life. FRP retrofits can cause decreases in the MCE-level collapse probability and increases in the collapse resistance of corroded RC structures. Retrofitting carried out at different times achieves different efficiencies and different time-variant collapse safety margins within the residual service life.