新型装配式框架节点地震损伤性能研究

梁柱节点的构造型式对框架结构的力学性能影响显著,该设计了一种新型装配式框架节点,为研究新型装配式框架节点的地震损伤性能,以连接方式和轴压比为设计参数,设计制作了8个节点试件进行低周循环试验,结合VIC-3D技术监测试件柱端表面应变,观察其破坏模式,分析了该节点的滞回曲线、延性和耗能能力等抗震性能指标,建立了适合于装配式节点的修正损伤模型。结果表明:新型装配式节点破坏模式为剪切破坏,主要破坏位置发生在混凝土与钢部件的连接处;装配式节点滞回曲线饱满,耗能能力强,装配式Z字形拼接节点的累积总耗能为现浇节点的1.75倍,表现出较好的抗震性能;装配式节点的延性系数在2.02~3.78,轴压比的增大会使节点承载力提高,延性降低;修正模型计算出的损伤发展曲线与实际情况吻合较好;连接方式的改变能够显著影响节点的损伤发展速率,轴压比越小,损伤发展速率越慢。最后,对装配式框架结构性态水平进行了参数量化,给出了性态水平与层间位移角、损伤指数、柱端表面峰值应变的对应关系,研究结果可为该类结构损伤评估及震后恢复提供理论依据。

外包钢套加固震损双层高架桥框架式桥墩地震损伤分析与评估

为了对外包钢套加固震损双层框架式桥墩的地震损伤进行分析与评估,基于已有试验,应用OpenSees开放平台,以损伤指数折减材料性能参数模拟地震损伤,建立了双层框架式桥墩非线性有限元模型,对其进行低周往复加载,对比模拟与试验得到的滞回曲线和骨架曲线,验证了所建模型的可行性。采用Pushover分析方法,结合能力谱法求得4榀双层框架式桥墩试件在不同地震烈度下的性能点以及层间位移角,基于改进的Park-Ang损伤模型对桥墩试件的地震损伤进行分析。研究表明:当遭遇8度地震时,试件FP-2和试件FP-3最大层间位移角相对原型对比试件FP-0分别减小了26.4%和22.5%;当遭遇9度地震时,分别减小了26.5%和22.2%;当遭遇6度和7度地震时,各试件基本完好或造成轻微损伤;当遭遇8度和9度地震时,原型对比试件FP-0处于重度损伤,试件FP-2和试件FP-3均处于中度损伤,说明震损加固试件的损伤程度相较于原型对比试件均得到不同程度的减小。

钢筋混凝土网格剪力墙双参数地震损伤模型及损伤分析

为了研究钢筋混凝土网格剪力墙在地震作用下的损伤演化规律,对已有钢筋混凝土构件双参数地震损伤模型进行修正,提出了适用于网格剪力墙的地震损伤模型;利用灰色关联方法,对网格剪力墙试验信息进行分析,确定关键设计参数,给出损伤模型中的组合系数计算公式。研究了剪跨比、轴压比、竖肢宽度和横肢高度等参数对网格墙损伤的影响,得到网格剪力墙主要影响参数与损伤演化的关系。基于所提出的损伤模型,计算了网格剪力墙的损伤指数,根据网格剪力墙构件破坏程度将其划分为基本完好、轻微破坏、中度破坏、严重破坏和倒塌失效5个损伤等级,标定了不同损伤等级的损伤指数区间。

古建筑木结构透榫节点地震损伤演化模型研究

为定量评估古建筑木结构透榫节点的地震损伤程度与地震损伤演化过程,对Kratzig地震损伤模型进行了改进。分别基于刁波地震损伤模型、Kratzig地震损伤模型以及改进的Kratzig地震损伤模型对3组透榫节点进行了地震损伤分析,研究了3种模型的适用性。为了对实际工程中的透榫节点松动进行地震损伤评估,基于改进的Kratzig地震损伤模型,考虑了节点松动对改进的Kratzig地震损伤模型的影响。结果表明:改进的Kratzig地震损伤模型在描述透榫节点地震损伤中表征效果最好,能够克服地震损伤模型与Kratzig地震损伤模型的不足;随着松动程度的增大,透榫节点损伤指数增长减缓,最终破坏时损伤指数减小。最后根据国内抗震设防规范,结合古建筑木结构地震损伤评估,提出了透榫节点性能水准分类及每个阶段的加固建议。

考虑结构损伤的CFRP修复RC墩柱地震损伤模型研究

为研究碳纤维材料(CFRP)修复损伤钢筋混凝土(RC)结构遭受地震作用的损伤演化规律,准确量化修复损伤结构状态,进行了10个钢筋混凝土圆墩柱拟静力试验,其中,8个墩柱试件为使用不同CFRP加固方法进行修复的损伤试件.基于试验结果,对8个典型地震损伤模型进行研究分析,引入材料性能折减系数来考虑结构初始损伤,建立了CFRP修复RC墩柱的双参数地震损伤模型,并根据试验现象和改进的损伤模型对钢筋混凝土结构的损伤程度进行量化分析.研究表明:使用典型地震损伤模型计算修复柱的损伤指标时,计算试件破坏时的损伤指标普遍偏大,且同一墩柱模型损伤指数的变化趋势有较大差异,损伤指数发展趋势与试验现象不符;根据试件参数进行非线性回归分析,得到了组合系数与设计参数的经验表达式,建议的损伤模型能够较好模拟CFRP修复加固墩柱的地震损伤演化过程;定义了钢筋混凝土结构损伤的5个等级,并给出5个等级的损伤指标界限值;对中等损伤(0.3<D≤0.6,D为损伤指标)的墩柱结构,建议对结构表面修复平整后使用预应力CFRP加固以达到更好的效果.

斜拉桥钢塔地震损伤特性及输入地震动参数的影响

以主跨为165 m的独塔钢斜拉桥为研究对象,建立精细化钢塔计算模型.选取经峰值加速度调整后的历史地震记录作为地震动输入,分析顺桥向弹塑性时程反应,研究钢塔的钢板局部失稳以及超低周疲劳开裂特性,讨论纤维模型的适用性.结果表明,沿高度方向加载的Pushover法能够预测钢塔顺桥向地震塑性发展的顺序和位置;纤维模型能够获得钢塔的弹塑性地震位移反应以及地震损伤位置,不能精确评价结构残余变形与损伤程度;输入地震动的峰值地面速度(PGV)/峰值地面加速度(PGA)值是影响结构地震损伤程度的指标;当PGA相同时,PGV/PGA值越大的地震动引起的钢塔地震损伤越显著,钢塔斜拉桥抗震性能验算应选用PGV/PGA值大的地震动时程.

高强钢管超高性能混凝土柱地震损伤监测

在带肋高强钢管超高性能混凝土柱(UHPCFHSST)内埋设压电智能骨料,钢管外壁粘贴压电陶瓷片,采用主动波动法对UHPCFHSST在往复加载过程中柱端的损伤情况进行监测,通过小波包分析方法对监测数据进行分析,探究循环往复荷载作用下管内核心混凝土损伤和管壁界面剥离损伤过程。结果表明,损伤状态下信号的到达时间比健康状态下的到达时间更晚,且信号的幅值更低。核心混凝土和界面剥离损伤指数随加载等级和加载循环次数的增加而增大,界面剥离损伤先于核心混凝土内部损伤产生。损伤监测结果与试件的滞回曲线、骨架曲线的承载力变化趋势具有较好的一致性。研究结果表明,利用压电智能骨料和压电陶瓷传感器能对管内核心混凝土和管壁届面剥离的损伤过程进行有效监测。

考虑各施工阶段受力影响的连续刚构桥梁地震损伤分析

为研究处于各施工阶段的连续刚构桥梁受力情况的不同在抗震易损性方面的影响,通过研究一座大跨高墩连续刚构桥进一步对该类桥的地震损伤性能进行分析。以Midas/Civil软件建立各施工阶段模型,提取施工阶段的受力情况,并将各阶段受力情况输入Abaqus软件建立的结构模型中,并以等效荷载法提出的适用于连续刚构桥在施工阶段下主梁和主墩的内力等效荷载计算公式验证内力的吻合情况。基于规范反应谱生成10组近断层脉冲型地震动记录,分别输入两组模型,以增量动力分析法对是否考虑施工阶段受力情况的两组模型进行时程分析。曲率延性系数为损伤指标划分损伤状态,基于理论易损性分析方法,加速度峰值作为地震动强度指标,取得主墩墩底、墩顶和墩梁固结处地震易损性曲线。研究结果显示:内力等效荷载计算公式模拟的等效内力与各施工阶段的内力吻合较准确;相同地震动强度不同施工阶段下,墩底、墩顶和墩梁固结处各损伤状态的损伤超越概率均随主梁悬臂长度的增加而增加;不考虑施工阶段桥梁的受力将会低估墩底、墩顶的损伤概率,同时高估墩梁固结处的损伤概率。损伤概率低估量在墩底沿纵桥向最大,且该低估量的大小也与主梁悬臂长度有直接关系,随悬臂长度的增加而增大。

防屈曲钢板剪力墙地震损伤研究

防屈曲钢板剪力墙作为一种新型的抗侧力构件,实际使用时需要将墙板嵌入受弯框架,为了研究防屈曲钢板剪力墙在地震后的性能退化情况,使用有限元软件ABAQUS建立了两层单跨钢框架-防屈曲钢板剪力墙模型,在验证防屈曲钢板剪力墙有限元建模方法可行性的基础上,针对不同高厚比的防屈曲钢板剪力墙构件进行低周循环加载。研究发现:增大内嵌钢板的厚度可以有效提高防屈曲钢板剪力墙的抗剪强度;加载过程中刚度下降平缓,具有较好的稳定性;防屈曲钢板剪力墙具有较好的塑性变形能力和耗能能力。通过分析防屈曲钢板剪力墙的地震损伤可为后续地震中受损的防屈曲钢板剪力墙的加固修复提供参考。

基于OpenSEES的填充墙钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

近年来,地震作用下主体结构未发生倒塌,但填充墙倒塌的现象时有发生。因此,对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构地震损伤评估的研究非常重要。为获取表征整个结构的地震损伤值,使用加权系数对构件层次地震损伤值进行加权,从而获得楼层损伤和整体结构损伤。设计六层三跨的填充墙RC框架结构,并通过OpenSEES有限元模拟平台对填充墙RC框架结构进行地震损伤分析,通过计算结构构件损伤、楼层损伤和整体损伤值,以此来判断结构薄弱层位置和损伤状态,用以确定在结构抗震设计中是否需要对薄弱位置进行加强设计。

考虑基础-结构动力相互作用的500kV变电站地震损伤机理研究

我国西部地区幅员辽阔,地震活动频繁,如何提高西部地区大电网的抗震能力是一个值得关注的问题。本文以500 kV变电站为研究对象,结合 ABAQUS软件建立了考虑基础-结构动力相互作用的500 kV变电站精细化有限元模型,对500 kV变电站在地震作用下的损伤机理进行了研究,重点分析了结构基础和抗震墙对结构损伤的影响,研究了地震作用下结构损伤的分布规律及特征,结果表明:基础和抗震墙对结构的损伤分布有较大影响。本文研究成果可为我国西部地区大电网工程建设中抗震设计提供参考。

基础-结构动力相互作用对500kV变电站地震损伤的影响研究

针对某500 kV变电站抗震加固工程,以基础-结构动力相互作用为研究对象,采用 ABAQUS有限元软件建立了基础-结构动力相互作用分析模型。在此基础上,对该变电站进行了地震作用下的损伤分析。分析结果表明:在不同地震作用下,变电站结构的损伤均会随着结构自振周期的增加而增大;基础-结构动力相互作用对变电站结构的地震损伤具有显著影响;适当增大基础与主体结构之间的距离,可有效减小变电站结构的地震损伤。

考虑自复位影响的预应力节段拼装桥墩地震损伤模型

预应力节段拼装桥墩在地震作用下具有良好的自复位能力,而既有的损伤模型无法准确评估预应力节段桥墩的地震损伤。鉴于此,有必要研究预应力节段拼装桥墩的地震损伤模型。从预应力节段桥墩的自复位特点和损伤机理出发,对自复位性能表征方法进行简化,提出采用自复位修正因子来对桥墩在地震作用下的累积耗能进行修正,从而获得考虑桥墩自复位性能的地震损伤评估模型。在此基础上,划分预应力节段拼装桥墩的损伤状态,最后验证该地震损伤模型及损伤分级方法的适用性。结果表明:预应力节段桥墩的自复位性能与耗能损伤之间呈现明显的相关性,考虑桥墩自复位的地震损伤模型和分级方法适用于不同的预应力节段拼装桥墩,为定量评估预应力节段拼装桥墩在地震作用下的损伤程度打下基础。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤模型研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤性能,对11根组合柱试件进行了低周反复荷载试验,分析了再生骨料取代率、轴压比、管径径厚比、型钢配钢率及型钢截面形式等对组合柱地震损伤性能的影响规律;通过数值反演法确定了再生骨料取代率和轴压比影响的组合系数,综合考虑了变形和能量的影响,对Park-Ang损伤模型进行了修正,建立了圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤模型,并验证了损伤模型的有效性。基于试验研究,将组合柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌等5个性态水平,结合性态水平对损伤指标进行量化,建立了组合柱在不同抗震性态水平下相应的量化指标、损坏程度和损伤指标区,为抗震性能设计提供参考。

无黏结预应力混凝土桥墩地震损伤破坏的有限元模拟分析

桥墩中配制竖向无黏结预应力筋是实现其地震损伤控制的有效手段,为研究采用ANSYS软件的无黏结预应力筋混凝土桥墩地震损伤破坏分析方法,基于4个桥墩的拟静力试验结果,建立其滞回性能的有限元分析模型,将模拟得到的桥墩混凝土开裂破坏情况、滞回曲线、骨架曲线、残余位移、刚度、预应力筋应力等与试验结果进行了对比。结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,基于ANSYS软件可以很好的模拟此类桥墩的地震损伤破坏情况。

基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明:振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。

基于BIM的结构地震损伤性能评估方法

结构损伤性能的评估与控制是当前结构抗震设计的热点之一,定量评估结构的地震损伤和抗震性能是制定抗震防灾决策的重要依据。然而,在目前的评估方法之中存在评估所需信息缺乏有效的组织与关联、评估过程前处理阶段自动化程度低下、评估指标单一、评估结果难以被业主等利益相关方理解等问题。结合损伤指数加权计算法和构件损伤状态的地震损失计算法,提出一种基于BIM的结构地震损伤性能评估方法。通过对结构损伤性能评估所需信息分析,定义构件损伤性能状态组并对评估信息进行统一组织与关联;采用层间最大位移角、Park-Ang双参数损伤指数和地震直接经济损失为量化指标评估结构的地震损伤性能;之后将评估结果反向映射回BIM构件之中,利用BIM技术可视化和虚拟化的特点,建立了绝对模式和相对模式两种可视化模式,便于评估结果被业主等利益相关方理解。最后,对某一RC剪力墙结构进行地震损伤性能评估,验证了该方法的合理性和优越性。

高强钢筋混凝土柱地震损伤模型研究

为研究配置高强钢筋混凝土柱在地震作用下的损伤情况,对10根高强钢筋混凝土柱开展低周反复荷载试验。基于试验结果,采用修正的Park-Ang损伤模型进行分析。针对不同模型进行高强钢筋混凝土柱的损伤计算,分别对其适用性进行全面评价,建立考虑幅值和累积耗能相互作用的损伤理论模型。研究结果表明:Chai模型、Kunnath模型、傅剑平模型的准确性较好,付国模型和陈林之模型计算得到的结果偏大。本研究模型的计算结果与试验结果较为一致,可用于高强钢筋混凝土柱的损伤计算。

芯筒-刚臂结构体系地震损伤分析研究

芯筒-刚臂结构广泛应用于超高层建筑设计中,但由于其刚臂设置引起的刚度突变容易造成刚臂及附近所在楼层在地震作用下发生破坏。目前,被动耗能减震技术日趋成熟,其中屈曲约束支撑(简称BRB)在高层建筑中应用最为广泛。将BRB设置于刚臂和外柱连接处,作为屈曲约束柱(简称BRC),提出新的芯筒-刚臂结构减震体系(BRC between the outrigger and exterior columns of COS,简称BRCC-COS减震结构体系),并基于抗震性能设计方法完成BRC的设计。针对芯筒-刚臂结构的平面简化模型,利用弹塑性时程分析方法研究其在地震作用下的结构特性。最后,根据不同的地震损伤模型评估研究该减震结构体系的地震损伤程度,研究分析表明,该减震结构体系能够降低由于刚臂设置引起的附近楼层和核心筒在地震下的损伤程度,并为该类结构的耗能减震设计提供可靠的理论依据。

地震作用下超大跨斜拉桥地震损伤与破坏模式研究

本文以一座试设计的主跨1 400 m斜拉桥为例,采用弹塑性分析方法并以Park损伤指数作为评价指标,研究了斜拉桥典型结构体系顺桥向和横桥向的地震损伤与破坏模式;在此基础上,进一步研究了不同频率成分地震动对其地震损伤与破坏模式的影响。结果表明:地震作用下主塔和桥墩属于易损构件,需重点关注;主塔顺桥向、桥墩顺桥向和横桥向发生典型的单塑性铰破坏模式,而主塔横桥向则发生双塑性铰破坏模式;主塔和桥墩的地震损伤受输入地震频率成分的影响非常显著,且低频成分越丰富,其地震损伤越严重,但不会改变其破坏模式。