The spatial variability of seismic fields significantly impacts the seismic performance of power systems and gas systems (power-gas systems). To accurately address the impact of non-uniform seismic fields and the interdependence of system functions on power-gas systems, a bidirectional interdependent seismic connectivity reliability assessment model for power-gas systems is proposed. Taking the IEEE 30 power system and a 47-node gas system as examples, spatially non-uniform seismic fields are generated based on the attenuation relationships of seismic motion parameters. By integrating the seismic vulnerability model, the failure probabilities of components are calculated. The Monte Carlo method is used to simulate earthquake damage samples, thereby assessing the seismic connectivity reliability of the power-gas systems. The results show that within the spatial seismic fields, the power system components are more vulnerable, and the seismic connectivity reliability of the system is lower. The power system has a greater impact on the gas system.
城市地下竖井结构被广泛用于城市深层立体停车场、防洪排涝调蓄竖井和地下调蓄池等工程中,为阐明"嵌岩型"和"摩擦型"竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对其竖向地震响应影响,本文以竖井结构为研究对象,将其初衬和二次衬砌简化为文克勒粘弹性地基上两根平行可竖向振动的杆,基于广义位移法基本思想,通过分布传递函数法推导了两种不同底部边界条件下竖井结构竖向地震响应解析解.通过开展有限元数值计算验证了本文解析解的准确性.最后基于解析解从地基弹簧刚度、二次衬砌刚度和竖井外径的角度开展参数分析,研究了竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对竖井初衬及二次衬砌竖向地震响应影响规律.结果表明:固定边界条件下的竖井峰值位移小于弹性边界条件下的峰值位移;两种边界条件的初衬峰值位移均随着地基弹簧刚度的增大而增大,而弹性边界条件下二次衬砌峰值位移呈减小趋势;两种边界条件下二次衬砌峰值位移均会随着二次衬砌刚度的增大略微减小,初衬峰值位移无明显变化;两种边界条件下峰值位移均会随着竖井外径的增大而减小.
在沉积盆地中,由于地表河流和湖泊等的长期沉积作用,容易在盆地内形成新的沉积盆地,称为子盆地.子盆地土体物理性质和周围土体有显著差别,因此子盆地的存在会对整个盆地的地震响应产生显著的影响.本文基于ABAQUS有限元计算平台,以理想二维梯形沉积盆地为例,针对盆地-子盆地这一特殊场地,重点分析了盆地尺寸、盆地-子盆地相对位置、子盆地介质波速和外围盆地倾角等影响因素对盆地-子盆地地震反应的影响.结果表明:子盆地的存在显著影响了盆地内的地震动,子盆地位于盆地中央区域时,对地震动的放大效果最为显著,PGA最大可被放大 2 倍左右;此外,子盆地介质波速越小,对盆地地震反应的影响最显著,但子盆地介质波速的变化对远离子盆地区域的地震动影响不明显;随外围盆地边缘倾角的增大,子盆地区域PGA幅值随之减小并向左移动,沉积盆地中央区域PGA幅值也随之减小.
我国长距离输油管线面临着严峻的地震安全威胁.评估长距离输油管线地震安全风险,排查抗震薄弱区段对管线防灾减灾工作具有重大的现实意义.本文基于地震作用下连续焊接管道截面的组合应力值、平均震害率及破坏处数,划分了长距离输油管线地震破坏等级,给出了典型长距离输油管线的地震易损性评估方法.结合实例,给出了典型长距离输油管线地震易损性评估结果,进行了管线抗震薄弱部位分析,并提出了相应的对策与建议.本文可为一般场地长距离输油管线地震灾害风险排查工作提供指导.
反应位移法是《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)和《地下结构抗震设计标准》(GB/T51336-2018)在均质场地或简单成层场地中推荐使用的地下结构抗震简化分析方法,对于软弱夹层场地中其适用性有待商榷.本文基于ABAQUS 有限元分析软件,构造了一般成层场地和含软弱夹层场地,采用土-地下结构整体动力时程分析方法获得了不同工况下地下结构的地震反应.以此为基准,评价分析了反应位移法在含软弱夹层场地中的适用性.结果表明:较一般成层场地而言,含软弱夹层场地中反应位移法所得出的结构反应与动力时程分析方法相比误差更大,在含软弱夹层场地中反应位移法适用性显著降低;从地基弹簧、土层剪力和结构惯性力三方面分析了误差产生的原因,给出了含软弱夹层场地中可使用整体式反应位移法提高计算精度的建议.
采用虚拟激励法,以一大跨度弦支穹顶结构—济南奥体中心体育馆为研究对象,考虑结构静力初始状态的影响,分析大跨度弦支穹顶结构多点激励随机地震响应.研究结果表明:大跨度弦支穹顶结构受行波效应与部分相干效应影响显著,考虑地震动空间变化效应使径向杆、环向杆、环索及竖向撑杆控制构件内力增幅约分别达到了 50%、39%、27%及 150%;其中结构不同类型、不同位置构件提升程度不同,需对具体响应具体分析;考虑地震动多维输入相比单维输入增大达到 30%;行波效应与部分相干效应对结构轴力响应的影响程度存在差异;单独考虑行波效应和部分相干效应不能得到结构的最不利响应.由此得出结论:为确保大跨度弦支穹顶结构的安全,必须根据场地条件选取多种可能的地震波视波速,同时考虑部分相干效应的影响进行多维多点随机地震响应分析.
为研究沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体恢复力模型,对 10 片采用低周反复加载方式的试件的试验现象及数据进行分析.基于试验结果和现有恢复力模型理论,采用三折线模型对沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的荷载位移曲线进行回归分析,建立了沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的恢复力模型,并确定了相应的滞回规则.结果表明:三折线恢复力模型与试验结果吻合较好,能够较好地反应沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的恢复力特性,其成果可为该结构在新疆村镇建筑抗震分析提供技术支撑.
为了研究海底地震动的特性,本文基于日本K-NET台网,选取 124 次地震事件中,5 个海底台站和 6 个陆地台站所记录的 981 条地震动记录.经过数据筛选与处理,对典型地震动参数、动力放大系数谱和竖向与水平谱比进行了分析.结果表明:海水的存在会削弱竖向地震动的高频成分,导致竖向峰值加速度和强震持时要显著小于水平向;海底场地条件对海底地震动有放大作用,则选用陆地地震动进行海洋工程抗震设计会低估地震荷载带来的影响;当周期0.1 s
在装配式结构中,梁柱节点连接方式不仅影响装配效率,抗震性能在结构抵抗地震作用中更起到决定性的作用.通过改变节点构造将塑性铰从核心区向梁上发展,提出了一种新型全螺栓分层装配式连接节点,以提高节点抗震性能.采用有限元分析软件建立新型全螺栓分层装配式节点模型,通过与试验结果对比确定方法的有效性.分析了方钢管柱壁厚、节点域翼缘厚度、内套筒壁厚和内套筒凸起高度等参数对节点抗震性能的影响规律.获得节点破坏过程和破坏模式,并得到滞回性能、刚度和强度退化等抗震特性,为新型全螺栓分层装配式节点的设计提供了可靠依据.
以西气东输二线工程为背景,基于ABAQUS有限元软件建立了走滑逆断层条件下的管道-土体三维有限元模型,并通过软件模拟,分析了断层位移量、管道内压、管道径厚比和管道埋深等因素对管道应力和应变响应规律的影响.数值模拟结果表明:管道的最大轴向应变点并不在断层面上,而是在断层面的两侧;管道有无内压的破坏模式不同,内压越大,管道越容易遭受破坏;管道的径厚比越小,断层面两侧最大轴向应变点距离断层面的距离越远;浅埋能够减小断层作用下管道的最大轴向应变,在断层位移量较大时,宜选择浅埋.
通信系统作为生命线系统的重要组成部分,在国民经济生活和震后抢险救灾中发挥着关键作用,但是其震后功能评估的研究才处于起步阶段.本文首先研究了通信网络的拓扑规则,并基于此给出了建立通信网络图模型的方法;然后,以抗震设防烈度为 7 度的两个不同规模城市为研究对象,以计算时间和收敛速度为指标,比较研究了Warshall算法、深度优先搜索算法和宽度优先搜索算法对通信网络连通性分析的适用性.分析结果表明:三种方法均能够准确评估通信网络各节点间的连通状态,但宽度优先搜索算法在计算耗时上优于另外两种算法,且网络越复杂以及模拟次数越多优势越明显,最适用于通信网络的连通性分析.
采用钢管混凝土中柱可明显提升地下车站结构中柱的抗震性能,其中梁柱之间采用快速连接装置的装配式中柱又可进一步减小中柱的地震损伤.基于上述已有的研究结果,本文选取某单层双跨地下车站结构,分别建立了传统现浇中柱和装配式中柱的土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的三维有限元分析模型,对比分析了快速连接装置壁厚对地下车站结构整体抗震性能的影响规律.结果表明:在保证结构整体安全性能和经济效益的同时,连接装置壁厚取为 30～40 mm可最大程度地发挥预制钢管混凝土柱及其快速连接装置的减震效能.
在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法,其是不完整边界条件混合试验的通用解决方案.在该方法中:结构反应由结构整体数值模型计算得到,边界条件自然得以满足;物理子结构的恢复力不再参与运动方程的求解,而是用于估计数值模型的本构参数,提高了数值模型的可靠性.论文提出多本构模型参数同步更新的在线数值模拟方法,以提高多种本构模型参数不确定性同时存在时在线数值模拟方法的精度,并以Levenberg-Marquardt算法为参数估计方法,实现了采用恢复力对钢筋和混凝土材料本构模型参数的同步估计.研究表明:以恢复力来估计材料本构模型参数是可行的,且Levenberg-Marquardt算法具有较高的收敛速度和计算精度;在线数值模拟方法有效地提高了混合试验的模拟精度.
随着我国经济的发展,大型渡槽的建设向西部高烈度山区快速推进,渡槽面临着严峻的地震风险.正确模拟渡槽中水体晃动性能,是渡槽抗震性能分析的关键技术难点.依托滇中引水工程中的松林渡槽,本文建立了大断面渡槽结构的精细化有限元模型,通过欧拉-拉格朗日耦合(coupled Eulerian-Lagrangian,简称"CEL")分析建立了渡槽水体晃动的流固耦合分析模型,同时建立了经典的等效弹簧-质量模型(简称"SM模型")作为对比,量化两种水体建模方法产生的结果差异.通过对松林渡槽中典型简支跨进行非线性动力时程分析,对比了两种建模方式下,槽身和墩柱混凝土损伤的发展情况,摩擦摆支座的竖向反力,并呈现了CEL分析得到的水体波动情况,阐释了两种分析方法的主要误差来源.在渡槽地震响应分析的基础上,论文建立了槽身的节段模型,研究了CEL方法和等效SM模型在不同槽身加速度和竖向分量下的动力分析结果异同,并提出了等效SM模型的适用范围.
地震作用和车辆动载的日常冲击常常会引起钢箱梁的表面裂缝损伤.在日常检修和震后开展安全检查时,由于裂缝在整张图像中的占比较低且受到笔迹、锈迹和焊缝等因素的严重干扰,很难从现场采集到的图像中高效并精确地检测出裂缝.为此,本文基于卷积神经网络提出了一种结合裂缝定位和裂缝分割的级联裂缝检测模型.首先,采用分类模型在原始图像中定位出裂缝所在位置,然后采用U-Net模型实现对裂缝的像素级检测.结果表明:本文方法可以实现对大部分裂缝的精确检测,F1 分数达到0.67,高于仅采用分割模型的0.55;此外,相比仅采用分割模型的检测方法,本文方法的检测效率提高了近 70%,可达到 9.25 s每张.
为研究高强箍筋混凝土柱抗震性能,通过对CRB600H级高强箍筋混凝土短柱低周往复加载试验展开数值模拟研究.利用OpenSEES中的Nonlinear Beam Column单元、零长度截面转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯-剪耦合效应的抗震数值分析模型.分析轴压比、剪跨比对CRB600H级箍筋柱的滞回性能、刚度退化、延性及耗能性能的影响,并以HRB400 级箍筋柱进行对比分析,结果表明:轴压比越大的构件水平抗剪承载力,延性和耗能能力越差;剪跨比越大构件的水平抗剪承载力越低,延性和耗能能力越好;CRB600H 级和 HRB400 级箍筋柱,两者承载力接近,CRB600H级箍筋柱延性和抗震性能更好.
构件的易损性数据是建筑抗震韧性评价和地震损失评估的基础.然而,现阶段关于砖砌体结构地震易损性的研究大多聚焦在整体结构的维度上,相关评估标准中缺乏可用的砖砌体构件易损性数据.针对这一问题,本文首先搜集并整理了我国砖砌体墙体拟静力试验数据,以其中 22 个最具代表性的试件为样本,建立了砖砌体墙体拟静力试验数据库;其次,在众多常用的损伤状态划分方法中,选择最能反映真实损伤情况的宏观现象作为依据,基于试验现象分别定义了有/无构造柱砖砌体墙体的五种典型损伤状态,并给出了我国砖砌体墙体易性分析结果;最后,对比并分析了中美两国典型砖砌体墙体易损性的差异.研究结果表明:有构造柱的砖砌体墙体易损性低于无构造柱砖砌体墙体的易损性,特别是构造柱的设置显著降低了砖砌体墙体在地震中发生重度损伤的风险;中美两国典型砖砌体墙体易损性差异较大.
对水平场地土层刚度随深度指数变化这一常规情况,根据地震反应初边值问题,采用分离变量法并利用贝塞尔函数性质,求解出该类场地基本周期的解析解答.通过数值分析,给出了水平非均匀土层基本周期与地表剪切波速、场地覆盖层厚度以及土层刚度非均匀系数的函数关系,并分析了场地基本周期解析解答的变化规律.
剪力墙结构在进行地震计算时,按照相关规范要求连梁的刚度可折减,折减方式的不同对剪力墙结构整体刚度和构件内力等结果影响较大.设计人员通常给定全楼统一的连梁刚度折减系数,这种简化做法会导致结构刚度和构件受力与实际不符.本文对 9 栋典型剪力墙结构进行了非线性分析,研究了连梁刚度折减系数对剪力墙结构整体指标和构件内力的影响,并给出了剪力墙结构设计时连梁刚度折减系数的确定方法建议.
为揭示再生混凝土柱的性能退化机理,根据拟静力试验现象和试验数据,对再生混凝土柱的破坏进行了量化研究.首先进行了Park-Ang破坏准则和延性破坏准则的计算验证,统计分析结果表明延性破坏准则可用于再生混凝土柱破坏计算研究.基于延性破坏准则对再生骨料取代率与混凝土强度、破坏指数的量化关系进行了研究,建立了混凝土强度退化与破坏指数的函数关系;从再生骨料界面结合能力、粘结性能和强度变化三个方面对再生混凝土柱性能退化规律进行了解释说明,考虑再生骨料取代率和混凝土强度的影响,提出了改进的再生混凝土柱延性破坏准则.研究结果表明:考虑混凝土强度影响的改进延性破坏准则计算结果更接近于 1.0,且离散性较低,更准确的定义了再生混凝土柱的破坏.综合再生混凝土柱试验现象、破坏规律及破坏指数计算结果,给出了再生混凝土柱的延性准则破坏评价标准,相关研究成果可用于再生混凝土柱的破坏评估和震损鉴定.
