建筑结构基于性能抗震设计的几个问题

近十年 ,特别是美国 (1994年 ,Northridge)和日本 (1995年 ,阪神 )发生强烈地震后 ,暴露出现行抗震设计思想的不足 .为了克服这些不足 ,基于性能的抗震设计被国际上广泛研究 ,并且被认为是未来抗震设计的主要指导思想 .在有关文献的基础上 ,针对基于性能抗震设计所涉及的部分问题进行了阐述 .目的是明确基于性能抗震设计的主要思想。

长期反复荷载作用对海上风电单桩基础的影响分析

国内外已建成的海上风电通常采用大直径单桩基础,需承受多种复杂外部荷载,如风荷载、波浪荷载和潮流荷载等。在长期反复荷载作用下,单桩基础产生累积变形,侧向刚度发生变化,而这些性能的变化会对海上风电整体安全性产生重要影响。对于这个问题,目前设计中采用规范给出的简化设计方法考虑长期反复荷载的影响,即在传统的p-y曲线上乘以一个降低系数,而没有针对海上风电大直径单桩基础给出具体的设计方法。鉴于p-y曲线是基于较小直径桩试验结果所得,对于大直径桩是否安全可靠,还需要验证。鉴于此,采用文献提出的桩周边土体在反复荷载作用下变化的简化模型,建立了整体三维有限元模型,考虑长期反复荷载作用对桩周边土性能的影响,以一实际海上风电案例为背景,研究长期反复荷载对海上风电基础自振频率和桩体变形性能的影响以及参数敏感性分析,分析结果对海上风电单桩基础设计有一定的参考作用。

农村住宅砌体结构地震破坏数值模拟研究

国内震害调查表明我国农村房屋在地震中破坏严重,主要原因是农村自建房屋大都缺乏基本抗震措施。近年来有关部门针对农村房屋的抗震性能提出一些改进措施,但这些措施实际抗震效果如何,除了极少数通过模型试验验证外,很少得到验证。本文建立了砌体结构非线性有限元分析模型,以一幢农宅为研究对象,通过地震时程反应来再现其在地震作用下的破坏状况。研究表明本文提出数值模型能够较好的模拟砌体结构在地震中破坏过程,发现结构抗震薄弱部位。通过对三种模型对比分析表明圈梁和构造柱可以有效提高砌体结构整体抗震性能,但对局部破坏影响不大,需要在以后抗震设计中加以考虑。

建筑结构地震直接经济损失估计方法

合理准确的估计建筑物在地震作用下的经济损失是社会防震减灾的重要组成部分,也是合理确定建筑物设防水平和实现基于性能的抗震设计的必要组成部分。为此,本文在阅读文献的基础上,提出一种新的估计方法。与以往方法不同之处是,该方法没有把结构性能离散,而是依据实际情况,把它看作是连续的,采用改进能力谱方法,确定结构的反应。把结构反应看作为随机变量,认为反应处于结构性能区间哪个位置,就会给建筑带来相应程度的破坏。同时在整个性能区间上建立了与结构反应相对应的损失函数,然后通过积分,求出建筑物的经济损失。该方法的主要优点是克服了划分结构性能水平的困难,可根据不同的性能水平估计对应的经济损失。并且可以充分利用明确的边界条件,使得建筑物经济损失估计更简便合理。

钢筋混凝土梁抗震可靠度校核以及强剪弱弯设计可靠性分析

对按现行结构抗震设计规范设计的钢筋混凝土梁进行受弯、受剪可靠度分析，研究了不同荷载比值（地震作用与自重荷载比值）、不同材料强度等级和不同配筋率对梁可靠度的影响。在此基础上，分析了梁“强剪弱弯”设计的可靠性。分析结果表明，按现行规范设计的钢筋混凝土梁“强剪弱弯”设计的可靠性较低，需提高剪切增强系数，来满足设计需要。在分析梁的可靠度时，采用了MonteCarlo随机模拟法。

钢筋混凝土矩形柱截面曲率延性系数概率分析

把钢筋混凝土柱的设计参数 ,如轴向力、箍筋配筋率、材料强度和截面几何尺寸看做随机变量 ,采用 Monte-Carlo随机模拟法 ,分析了受矩形箍筋约束的矩形截面柱曲率延性系数的概率特性 .近似得出曲率延性系数的概率分布函数和特征值 .分析了轴向力、体积配箍率。

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计的概率分析

考虑结构材料强度、几何尺寸以及计算模式的随机性,同时考虑梁纵筋的超强影响,采用可靠度理论分析了钢筋混凝土结构单个节点强柱弱梁设计的可靠度,得出了不同设防等级下强柱弱梁设计的可靠指标以及对应的失效概率.在此基础上,以6层框架为例,分析了不同柱端弯矩增大系数下结构的整体失效概率,采用投资-效益准则,提出了一种合理的确定柱端弯矩增大系数的方法.

钢筋混凝土框架结构造价与失效概率之间的近似关系研究

本文以层间位移角作为结构性能参数,分析了钢筋混凝土框架结构层间变形能力,以及在水平地震作用下层间位移反应。考虑钢筋混凝土框架结构材料强度和几何尺寸以及地震作用的不确定性,得出了在设计基准期内结构的失效概率。同时分析了不同设计参数下结构的最小造价,在此基础上,确定了结构最小造价和失效概率之间的近似关系。目的是为采用“投资-效益“准则确定该类型结构目标性能水平提供分析依据,从而为采用基于性能抗震设计理念制定建筑结构抗震设计规范提供基础研究。本文中,结构失效概率指结构最终极限状态的失效概率。

砂性土中海上风电单桩基础水平极限承载力确定方法对比

总结已有的3类单桩基础的水平极限承载力确定方法,分别为极限平衡法、p-y曲线法和定性方法,并结合试验实例研究采用不同方法计算得到的水平极限承载力之间的差异性。结果表明:不同方法求得的结果差异性较大,最大差距可达38.84%。鉴于无统一的方法,以及采用不同方法得到的结果差异性较大,单桩基础的水平极限承载力确定还需要进一步研究。

建筑结构抗震设防等级个数的研究

明确的多级抗震设防思想被国内外工程抗震界广为接受,目的就是结构抗震设计不仅要保护生命的安全,同时也要做到经济合理。但是究竟采用几个设防水平是足够的,才能实现既安全又经济的设防目标,目前还没有一个理论的解释。本文就是针对这一问题,以能否实现明确多级设防的基本目的为原则,把采用连续化思想确定的经济损失作为精确值,用不同设防等级情况下确定的经济损失与之比较,两者之间相差在一定精度范围内的最小设防个数被认为是合理的设防等级个数。根据实例研究表明,目前三水平设防等级还不足以控制结构未来的经济损失,而设防水平达到5个等级时,两种方法给出的经济损失估计值才比较接近。

无砂浆自嵌固砌体墙体抗震性能分析

提出了一种无砂浆自嵌固的砌体结构形式,主要目的是用于建造村镇低层住宅。通过合理的嵌固和填充设计,使这种新型砌体结构在保证足够抗震性能的同时,尽量降低结构造价,增快建设速度,同时降低对工人技术的依赖,特别适合我国经济不发达地区的村镇房屋建设。提出了水平、竖向都可以自嵌固的混凝土砌块。对砌块的抗压、抗剪强度,进行了数值计算,对3个不同高宽比的顶部受重复侧向位移作用的砌体墙进行了数值模拟。研究表明,该类砌体结构有良好的抗震承载能力和一定的变形能力。

钢筋混凝土柱抗震可靠度分析

针对按现行《建筑抗震设计规范》(GBJ11 89)设计的钢筋混凝土柱进行抗震可靠度分析。研究了在弯矩和轴力共同作用下 ,在不同设计情况下柱的抗震可靠度 ,轴力和弯矩分别考虑完全相关和完全独立两种情况。此外也分析了柱的抗剪可靠度。在进行柱抗震可靠度分析时 ,采用了MonteCarlo数值模拟法。

一种简化的R.C框架结构地震位移反应分析方法

采用单自由度体系等效多自由度体系,只考虑第一振型影响,确定结构最大位移反应。该文假定R.C框架结构屈服前刚度与强度相关,屈服位移由结构几何尺寸近似确定。结合我国建筑抗震设计规范,研究不同设计条件下R.C框架结构的超强系数,然后乘以设计地震作用确定结构的实际强度。根据结构屈服位移以及实际强度确定等效结构的有效周期。当有效周期大于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等位移原理确定,当有效周期小于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等能量原理确定。该方法与其它方法相比,避免了复杂的弹塑性动力或静力分析,不需要进行迭代计算,且与我国规范结合紧密,特别适合对既有结构快速评估。

建筑结构“中震可修”性能指标的确定方法

本文以结构顶点位移作为结构的性能参数,综合考虑结构物理状态以及经济效益双重标准,确定结构“中震可修”的性能指标。目的是把我国现行建筑抗震设计规范中“中震可修”由定性描述转化为定量描述,方便在实际设计中应用。同时也为实现基于性能抗震设计提供基础研究。

无砂浆自嵌固砌体结构体系及抗震性能分析

本文基于我国村镇房屋抗震性能的现状,结合村镇经济发展情况和建造技术水平,提出一种新型的无砂浆自嵌固砌体结构。该结构体系的主要特点是结构砌筑过程中不用或尽量少用砂浆,砌块之间通过彼此的凹进和凸起互相嵌合,辅以芯柱增加墙体的整体抗震性能,这样不仅能够降低造价,同时减少对技术工人的依赖。本文在提出新型砌块同时并给出了该类砌块的砌筑方式,并重点研究了该类砌体开洞墙体的抗震性能,通过数值研究表明,通过合理的构造措施,该类砌体的开洞墙体能够具有良好的抗震性能。

地铁车站含聚丙烯纤维混凝土结构的抗裂防渗性能研究

在车站混凝土中掺入聚丙烯纤维,并用于上海市地铁7号线一车站的抗裂防渗现场施工段内混凝土结构中,测量现场混凝土裂缝点的温度和应变情况.结果表明,掺入聚丙烯纤维能够明显提高混凝土结构的抗裂防渗性能,满足地铁车站抗裂防渗设计要求.

建筑结构不同性能水平失效概率的合理比例关系研究

在基于性能的抗震设计中,为了使结构在整个生命周期内费用达到最小,不仅需要确定各个性能水平的目标失效概率,同时还需要确定不同性能水平目标失效概率之间的合理关系。本文针对这个问题,研究了在结构造价一定的情况下,不同性能水平失效概率的合理比例关系,使得在设计基准期内结构损失达到最小。在本文中,根据我国建筑抗震设计规范的条件,仅考虑"小震不坏"和"大震不倒"两个性能水平。

一种直接基于位移的抗震设计方法

与传统基于力的抗震设计方法相比,基于位移的抗震设计方法更适合实现基于性能抗震设计。本文在若干文献的基础上,提出了一种直接基于位移的抗震设计方法。该方法建立在结构屈服位移可由几何尺寸确定的基础上,根据不同水平地震作用下的目标设计位移,计算相应的延性系数,采用一定的Rμ-μ-Tn关系建立相应的非线性反应谱,以二折线模型模拟结构的性能曲线,然后根据结构不同的目标位移以及对应的非线性反应谱确定相应的有效周期,从中选择最小值作为设计结构的有效周期,根据有效周期计算结构的刚度,然后乘以屈服位移得到结构的屈服强度。根据结构屈服强度以及结构的超强系数,得到结构的设计基底剪力。该方法避免了设计中采用迭代计算,且一次设计就可以完成多水平设防的目的。

建筑结构层等位移延性反应抗震设计方法

采用直接基于位移的设计思路,以地震作用下各层位移延性系数一致为结构设计目标位移状态.只考虑第一振型影响,把结构等效为单自由度体系,结合非线性位移反应谱,确定结构在设计目标延性系数下的基底剪力.按照目标位移状态沿竖向分配,采用现行规范设计方法进行结构抗震设计.该方法使设计的结构在地震作用下各层位移延性反应尽量一致,建筑沿竖向各层均能耗散地震能,避免破坏集中在某一层;设计的建筑满足安全的同时,尽量做到经济合理.

钢筋混凝土框架梁基于可靠度理论的抗震优化设计

基于现行建筑抗震设计规范 ,把设计变量 (荷载、材料强度和几何尺寸 )看作随机变量 ,针对钢筋混凝土框架梁进行优化设计。目的是使设计的梁在满足现行规范要求的基础上 ,能保持一致的可靠性 ,同时使设计造价达到最小。文中可靠度分析和优化计算都基于Monte Carlo随机模拟方法。