基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取
Quantification of Ground Motion Record Sets Scale in the IDA Method for Vulnerability Analysis of Underground Structures
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第6期 页码：1144-1152
- 作者机构：
1.南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 211816
2.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124
- 作者简介：
蒋家卫（1992—），男，博士后。主要从事地下结构抗震研究。E-mail:jjian224@njtech.edu.en
陈国兴（1963—），男，教授，博导，博士。主要从事岩土地震工程方面的研究。E-mail:gxchen2022@163.com
- 基金信息：中国博士后面上基金(2022M711606);国家自然科学基金联合基金项目(U1839201)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220821006
中图分类号： TU93收稿：2022-08-21，
修回：2022-09-30，
纸质出版：2022-12-28
- 稿件说明：
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蒋家卫,高权宝,陈国兴等.基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取[J].防灾减灾工程学报,2022,42(06):1144-1152.
JIANG Jiawei,GAO Quanbao,CHEN Guoxing,et al.Quantification of Ground Motion Record Sets Scale in the IDA Method for Vulnerability Analysis of Underground Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(06):1144-1152.
蒋家卫,高权宝,陈国兴等.基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取[J].防灾减灾工程学报,2022,42(06):1144-1152. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220821006.
JIANG Jiawei,GAO Quanbao,CHEN Guoxing,et al.Quantification of Ground Motion Record Sets Scale in the IDA Method for Vulnerability Analysis of Underground Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(06):1144-1152. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220821006.
摘要
旨在研究基于增量动力分析（IDA）方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于ABAQUS/Standard软件平台，建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型，选取了44条远程地震动加速度时程曲线为基准库，采用非线性时程动力分析方法，获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标，
PGA
为地震动强度指标，绘制了IDA曲线簇并计算得到了不同工况的50%分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现，地震动样本规模会显著影响地下结构基于IDA方法的地震易损性分析结果，随着评估性能水准等级的提升，地震动记录所带来的影响会越大。研究表明，基于IDA方法的地下结构地震易损性分析应不少于12条地震动记录，最佳输入地震动记录条数为28条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。
Abstract
This paper is to study the selection of the ground motion record sets scale for vulnerability analysis of underground structures based on the incremental dynamical analysis （IDA） method. Utilizing ABAQUS/Standard platform， a two-dimension analysis model of a subway station underground structure was established. 44 time-history acceleration curves derived from far-field ground motion were selected as the standard value. The dynamic response of the structure under different scales of ground motion records was obtained by using the nonlinear time-history dynamic analysis method. The inter-story drift ratio was selected as the damage index， and the
PGA
was defined as the intensity index. The IDA
curve clusters were plotted and the 50% percentile curves under different working conditions were calculated. Based on the error analysis between the post-earthquake failure probability and the standard value of the structure under different working conditions， It was found that the scale of ground motion record sets could significantly affect the seismic vulnerability analysis results of the underground structure based on the IDA method， and the impact will upgrade with the rise of the evaluation performance level. The findings suggest that the ground motion records should not be less than twelve during the
IDA-based seismic fragility analysis of underground structure， and the optimal number of ground motion records is 28. The findings can provide a scientific reference for the performance-based seismic design analysis method of underground structures.
关键词
Keywords
references
Iida H ， Hiroto T ， Yoshida N ， et al . Damage to Daikai subway station ［J］. Soils and Foundations ， 1996 ， 36 ： 283 - 300 .
FEMA-P58-1. Seismic performance assessment of buildings （volume 1-Methodology） ［R］. Washington， DC ： Federal Emergency Management Agency ， 2018 .
FEMA-P58-2. Seismic performance assessment of buildings （volume 1-Methodology） ［R］. Washington， DC ： Federal Emergency Management Agency ， 2018 .
ATC-40 . Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Concrete Building ［S］. Red Wood City ： Applied Technology Council ， 1996 .
Jalayer F ， De Risi R ， Manfredi G . Bayesian cloud analysis： efficient structural fragility assessment using linear regression ［J］. Bulletin of Earthquake Engineering ， 2015 ， 13 （ 4 ）： 1183 - 1203 .
Rossetto T ， Ioannou I ， Grant D . Existing empirical fragility and vulnerability relationships： compendium and guide for selection ［R］. Pavia ： GEM Foundation ， 2013 .
Vamvatsikos D ， Cornell C A . Incremental dynamic analysis ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2002 ， 31 （ 3 ）： 491 - 514 .
Vamvatsikos D ， Fragiadakis M . Incremental dynamic analysis for estimating seismic performance sensitivity and uncertainty ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2010 ， 39 （ 2 ）： 141 - 163 .
Vamvatsikos D ， Cornell C A . Applied incremental dynamic analysis ［J］. Earthquake Spectra ， 2004 ， 20 （ 2 ）： 523 - 553 .
Mander J B ， Dhakal R P ， Mashiko N ， et al . Incremental dynamic analysis applied to seismic financial risk assessment of bridges ［J］. Engineering Structures ， 2007 ， 29 （ 10 ）： 2662 - 2672 .
Jia D W ， Wu Z Y . Seismic fragility analysis of RC frame-shear wall structure under multidimensional performance limit state based on ensemble neural network ［J］. Engineering Structures ， 2021 ， 246 ： 112975 .
He X ， Lu Z . Seismic fragility assessment of a super tall building with hybrid control strategy using IDA method ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2019 ， 123 ： 278 - 291 .
Hariri-Ardebili M A ， Saouma V E . Seismic fragility analysis of concrete dams： A state-of-the-art review ［J］. Engineering Structures ， 2016 ， 128 ： 374 - 399 .
Andreotti G ， Lai C G . Use of fragility curves to assess the seismic vulnerability in the risk analysis of mountain tunnels ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2019 ， 91 ： 103008 .
Avanaki M J ， Hoseini A ， Vahdani S ， et al . Seismic fragility curves for vulnerability assessment of steel fiber reinforced concrete segmental tunnel linings ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2018 ， 78 ： 259 - 274 .
Huang Z K ， Pitilakis K ， Tsinidis G ， et al . Seismic vulnerability of circular tunnels in soft soil deposits： The case of Shanghai metropolitan system ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2020 ， 98 ： 103341 .
钟紫蓝 ， 甄立斌 ， 申轶尧 ， 等 . 基于耐震时程分析法的地下结构抗震性能评价 ［J］. 岩土工程学报 ， 2020 ， 42 （ 8 ）： 1482 - 1490 .
Zhong Z L ， Zhen L B ， Shen Y Y ， et al . Seismic performance evaluation of underground structures using endurance time analysis ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2020 ， 42 （ 8 ）： 1482 - 1490 . （in Chinese）
Jiang J W ， Nggar H Mel ， Xu C S ， et al . Effect of ground motion characteristics on seismic fragility of subway station ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2021 ， 143 ： 106618 .
Jiang J W ， Xu C S ， Naggar H Mel ， et al . Improved pushover method for seismic analysis of shallow buried underground rectangular frame structure ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2021 ， 140 ： 106363 .
温瑞智 ， 尹建华 ， 冀昆 ， 等 . 结构需求概率危险性分析中强震记录选取研究 ［J］. 土木工程学报 ， 2018 ， 51 （ 增2 ）： 35 - 40 .
Wen R Z ， Yin J H ， Ji K ， et al . The research of strong ground-motion records selection for estimating the structural demand hazard curve ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2018 ， 51 （ Sup2 ）： 35 - 40 . （in Chinese）
聂利英 ， 陈佳彬 ， 刘群 ， 等 . 基于 IDA 方法的悬索桥地震破坏机理分析中地震输入合理选择 ［J］. 土木工程学报 ， 2015 ， 48 （ 6 ）： 64 - 72 .
Nie L Y ， Chen J B ， Liu Q ， et al . Reasonable selection of earthquake inputs in seismic damage analysis of suspension bridges based on IDA method ［J］. China Civil Engineering ， 2015 ， 48 （ 6 ）： 64 - 72 . （in Chinese）
Bayati Z ， Soltani M . Ground motion selection and scaling for seismic design of RC frames against collapse ［J］. Earthquakes and Structures ， 2016 ， 11 （ 3 ）： 445 - 459 .
Kiani J ， Khanmohammadi M . New approach for selection of real input ground motion records for incremental dynamic analysis （IDA） ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 2015 ， 19 （ 4 ）： 592 - 623 .
Cornell C A ， Jalayer F ， Hamburger R O ， et al . Probabilistic basis for 2000 SAC federal emergency management agency steel moment frame guidelines ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2002 ， 128 （ 4 ）： 526 - 533 .
Keskin I ， Ahmed M ， Taher N ， et al . An evaluation on effects of surface explosion on underground tunnel； availability of ABAQUS Finite element method ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2022 ， 120 ： 104306 .
廖振鹏 ， 刘晶波 . 离散网格中的弹性波动 （Ⅰ） ［J］. 地震工程与工程振动 ， 1986 ， 9 （ 2 ）： 1 ‑ 9 .
Liao Z P ， Liu J B . Elastic wave motion in discrete grids ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 1986 ， 9 （ 2 ）： 1 - 9 （in Chinese）
Chen G X ， Wang Y Z ， Zhao D F ， et al . A new effective stress method for nonlinear site response analyses ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2021 ， 50 （ 6 ）： 1595 - 1611 .
Lee J ， Fenves G L . Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures ［J］. Journal of Engineering Mechanics ， 1998 ， 124 （ 8 ）： 892 - 900 .
Besseling J . A theory of elastic， plastic and creep deformations of an initially isotropic material showing anisotropic strain-hardening， creep recovery， and secondary creep ［J］. Journal of Applied Mechanics ， 1959 ， 25 ： 529 - 536 .
Xu Z G ， Du X L ， Xu C S ， et al . Numerical research on seismic response characteristics of shallow buried rectangular underground structure ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2019 ， 116 ： 242 - 252 .
Zhao K ， Wang Q Z ， Zhuang H Y ， et al . A fully coupled flow deformation model for seismic site response analyses of liquefiable marine sediments ［J］. Ocean Engineering ， 2022 ， 251 ： 111144 .
Argyroudis S ， Tsinidis G ， Gatti F ， et al . Effects of SSI and lining corrosion on the seismic vulnerability of shallow circular tunnels ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2017 ， 98 ： 244 - 256 .
Hleibieh J ， Wegener D ， Herle I . Numerical simulation of a tunnel surrounded by sand under earthquake using a hypoplastic model ［J］. Acta Geotechnica ， 2014 ， 9 （ 4 ）： 631 - 640 .
FEMA-P695. Quantifcation of building seismic performance factors ［R］. Washington D . C .： Federal Emergency Management Agency， 2009.
杜修力 ， 蒋家卫 ， 许紫刚 ， 等 . 浅埋矩形框架地铁车站结构抗震性能指标标定研究 ［J］. 土木工程学报 ， 2019 ， 52 （ 10 ）： 111 - 119， 128 .
Du X L ， Jiang J W ， Xu Z G ， et al . Study on quantification of seismic performance index for rectangular frame subway station structure ［J］. China Civil Engineering ， 2019 ， 52 （ 10 ）： 111 - 119， 128 . （in Chinese）
张成明 ， 钟紫蓝 ， 甄立斌 ， 等 . 适用于圆形隧道损伤评价的地震动强度指标研究 ［J］. 工程力学 ， 2021 ， 38 （ 1 ）： 100 - 108 .
Zhang C M ， Zhong Z L ， Zhen L B ， et al . Seismic intensity measures for the damage evaluation of circular tunnels ［J］. Engineering Mechanics ， 2021 ， 38 （ 1 ）： 100 - 108 . （in Chinese）
Du X L ， Jiang J W ， Naggar M H ， et al . Interstory drift ratio associated with performance objectives for shallow‐buried multistory and span subway stations in inhomogeneous soil profiles ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2020 ， 50 （ 2 ）： 655 - 672 .
Huang Z K ， Pitilakis K ， Argyroudis S ， et al . Selection of optimal intensity measures for fragility assessment of circular tunnels in soft soil deposits ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2021 ， 145 ： 106724 .
Zhong Z L ， Shen Y Y ， Zhao M ， et al . Seismic fragility assessment of the Daikai subway station in layered soil ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2020 ， 132 ： 106044 .
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