基于构件性能的SRC框架结构抗震性能评估研究

针对位移抗震性能设计的不足,现行规范采用构件损伤程度补充评估结构的抗震性能,但对于型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)框架结构,其在各性能水平下的损伤构件比例未有明确规定。在此背景下,提出了SRC框架的构件性能状态与结构性能水准的对应关系,建立了基于构件性能的SRC框架结构抗震性能评估方法。对不同高度和抗震设防烈度的SRC框架结构模型进行增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA),明确了结构的层间位移角和构件损伤分布,通过统计多条地震波下结构不同极限状态的构件破坏比例,建立用于体型规则SRC框架结构抗震评估的构件性能指标,并进一步采用地震易损性分析对结构抗震性能进行了评估。

美国既有建筑抗震性能评估标准简介及与我国标准的对比

对美国既有建筑抗震性能评估标准的发展历程进行了简要梳理,根据ASCE/SEI 41-17介绍了美国既有建筑抗震性能评估标准的基本思路、框架和主要内容。ASCE/SEI 41-17是一部完全基于性能的抗震性能评估标准,采用ASCE/SEI 41-17进行抗震性能评估首先应确定建筑抗震性能目标,包括结构性能水准和非结构性能水准。美国既有建筑抗震性能评估程序分为三级,第一级为筛查,第二级为基于缺陷的抗震性能评估,第三级为系统性评估。与《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009)进行了对比,并进行了相关讨论。两国标准在抗震性能评估理念上有诸多相近之处,但在具体方法上有较大差异。美国标准直接进行中大震作用下的抗震性能评估,而我国标准采用小震验算并结合抗震措施评估进行综合鉴定的方法。此外美国标准中还有利用基准建筑进行抗震性能评估的简化方法,值得我国标准借鉴。

非抗震钢筋的既有RC框架结构抗震性能评估研究

为评估采用非抗震钢筋的既有钢筋混凝土框架结构,对比分析了钢筋强屈比、超屈比和伸长率对构件性能的影响,论述了结合钢筋材料抽样检测和大震弹塑性时程分析的既有框架结构抗震性能评估方法,实现了定量分析非抗震钢筋三项抗震材料指标对结构性能的影响。通过一栋既有住宅建筑,展示采用上述评估方法复核大震作用下结构与构件的性能状态。结果表明,尽管非抗震钢筋达不到抗震钢筋的材料指标要求,但大震作用下构件满足设定的性能水准要求,构件损伤形成了“强柱弱梁”的破坏形态,结构满足设定的抗震性能目标。

框架-剪力墙结构基于地震强度的新一代抗震性能评估方法研究

近几年来,在一些发达国家,基于概率理论的新一代抗震性能评估方法已开始用于特定建筑物的抗震性能评估。研究基于全概率理论的新一代抗震性能评估方法,并将其应用于我国建筑结构的抗震性能评估,对于减灾防灾和提高建筑结构的抗震性能有重要意义。以FEMA P-58的抗震性能评估流程为框架,结合我国建筑结构的特点和规范要求,以某一单个建筑物为对象,采用有限元分析软件PERFORM 3D和抗震经济性能评估分析软件PACT,用增量动力分析(IDA)方法进行建筑物各个强度状态的易损性分析;用基于强度的性能评估方法,依据构件易损性分组和人员流动模型,得到包括人员伤亡、修复和重建造价以及居住中断时间等建筑性能的概率分布,为我国建筑结构的抗震性能评估提供了参考。

混凝土结构与砌体结构抗震性能评估与加固策略研究

本文对混凝土结构与砌体结构在地震作用下抗震性能的评估方法进行了深入探究,对抗震薄弱处提出了加固策略。通过对混凝土结构受力情况进行细致分析,对抗震设计参数进行评价,对柱和梁接头处、墙体节点和梁柱节点薄弱位置进行分析,探讨了以全面提高混凝土结构抗震性能为目标的有效加固措施。同时结合砌体结构受力特性评估抗震性能参数,揭示砌体墙体裂缝分布情况。对墙体与框架节点及其他薄弱处提出钢筋混凝土包裹、粘结增强加固及梁柱连接等几种加固策略。这些加固策略的实施会有效地促进混凝土结构与砌体结构抗震能力的提高,为结构的安全提供了坚实的保证。

“站桥合一”式车站结构抗震性能评估的简化方法

近年来随着我国铁路与城市轨道交通的快速发展,"站桥合一"式车站结构体系已经成为大型枢纽式车站的首选结构型式,而此种结构体系的抗震设计却缺乏专用的抗震设计规范,设计结果要分别满足现有《建筑抗震规范》与《铁路工程抗震设计规范》两个不同设计理念的规范。以典型"站桥合一"式枢纽车站-北京南站为例,采用Midas/Gen和SAP2000结构分析软件,分别建立了考虑上部网架效应的整体模型与简化模型,采用自振特性分析、反应谱分析与时程响应分析方法验证了简化模型的合理性;针对简化模型,分别采用多种侧向力加载模式的Pushover分析和增量动力分析(IDA)方法研究了简化模型的塑性屈服机制和性能特点,研究表明:简化模型可以反映主体结构在设定地震下的地震行为,基于改进的模态组合方法的侧向力加载模式下的Pushover分析方法适合于站桥合一车站结构的抗震性能评估。

型钢混凝土框架结构基于增量动力分析的抗震性能评估

增量动力分析(IDA)是进行结构抗震性能评估的一种有效方法。根据IDA方法的原理和特点,提出用其评估型钢混凝土(SRC)结构在不同强度地震作用下变形和延性能力的具体步骤,并将结构不同性能水平极限状态和IDA曲线的斜率联系起来,结合现有试验确定各性能水准对应的曲线斜率下降幅值。在所提混凝土和钢材本构模型的基础上,采用IDA方法对一规则SRC框架结构进行分析,研究结构在各性能水平的层间位移角和延性分布情况,单条和多条地震记录的IDA曲线表明,SRC框架在多条地震记录下均具有良好的抗震性能。

基于增量动力分析的带耗能腋撑钢筋混凝土转换结构抗震性能评估

增量动力分析(IDA)是一种用于结构抗震性能评估的参数分析方法。通过分析IDA曲线,可更全面地了解结构的地震需求、刚度退化、强度退化与地震动强度的关系。基于转换结构抗震性能差的问题,在转换层处设置耗能腋撑,以普通和带耗能腋撑钢筋混凝土框架转换结构为研究对象,对其进行增量动力分析,评估普通与带耗能腋撑钢筋混凝土转换结构的抗震性能。分析表明,耗能腋撑能有效地降低转换层处的地震反应,不同工况下的最大层间位移角减幅为20%～60%,最大层间位移角均值曲线在转换层处的突变得到减缓。普通与带耗能腋撑钢筋混凝土框架转换结构对应"基本完好"和"防止倒塌"性能水准的层间位移角限值分别为1/850、1/100与1/720、1/80,均小于高规规定框架结构在相应性能水准下的层间位移角限值1/550和1/50。普通与带耗能腋撑钢筋混凝土框架转换结构无法满足"大震不倒"的要求,需要调整耗能腋撑的参数以满足规范要求。

高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究

以反应谱理论为依据,建立了循环侧推的多振型高层建筑结构静力弹塑性分析方法。在此基础上,归纳、总结得到结构等效恢复力模型的骨架曲线及滞回特性,发展了较简单且较为精确的计算在地震作用下高层建筑结构顶层位移反应的方法。探讨了应用静力、动力弹塑性分析结果进行抗震性能评估的基本原则。最后给出算例对本文的研究进行了论证。

FEMAP58新一代建筑抗震性能评估方法

介绍了FEMA P58提出的新一代建筑抗震性能评估方法。此法适用于新建筑和既有建筑的抗震性能评估,能够评估未来地震下单个建筑的反应结果。评估结果用包括人员伤亡、修复和重建造价以及居住中断时间等的概率分布表达,便于设计人员与业主、投资人或房屋用户等进行沟通。设计人员通过计算性能指标,可以比较不同结构体系潜在年平均地震风险或不同抗震加固方法的效果。业主可根据性能指标作各种决策,如结构体系的选择及房屋成本控制等。本法可对某一特定地震动强度或某一震级、震中距地震以及某一时间段内可能发生的全部地震情况下的建筑抗震性能进行评估。

基于增量动力分析的隧洞结构抗震性能评估

近年来随着地震灾害的频繁发生,强震区的地下结构屡屡遭受破坏。长大隧洞作为中国实施西部大开发战略的重要基础工程,其抗震安全问题尤为突出。通过引入增量动力分析(IDA),结合地震易损性分析方法,提出基于损伤系数指标的隧洞结构抗震性能评估方法。该方法以震后衬砌结构特征部位的损伤系数为性能参数,以地震峰值加速度为强度参数,并建议了适用于隧洞结构抗震安全评价的5级震害划分标准和4级抗震性能水平。针对某隧道工程实例,通过大量非线性动力时程计算,得到了各抗震性能水平下衬砌结构特征部位的地震易损性曲线,进而分析了不同抗震设防水准下衬砌结构发生破坏的概率。结果表明:在8度多遇地震作用下,衬砌结构基本无破坏;在8度设防地震作用下,拱腰处于基本完好状态的概率为87.6%,处于轻微破坏状态的概率为10.72%;在8度罕遇地震作用下,拱腰处于轻微破坏状态的概率为68.7%,处于中等破坏状态的概率为20.8%。在横向和竖向地震动输入下,衬砌结构特征部位的抗震性能由小到大依次为拱腰、拱肩、拱脚、顶拱和仰拱,拱腰、拱肩和拱脚为抗震设计的薄弱部位。该方法较好地考虑了地震动的随机性,可为隧洞结构抗震安全评价提供一种有效思路,研究成果也能为隧洞结构的抗震减震设计提供参考。

高墩大跨径连续刚构桥抗震性能评估

高墩大跨径连续刚构桥的抗震性能评估既是桥梁抗震研究的热点又是抗震研究的难点。根据其特点提出了一种适合于其弹塑性地震响应的分析方法,利用提出的塑性铰单元和已有的有限元程序,实现了对罕遇地震作用下桥梁结构的地震响应模拟。使地震波峰值逐渐增大直至结构破坏,对西部某高墩大跨径连续刚构桥进行了弹塑性地震响应分析,得到了该种桥型的破坏形式、能够承受的最大地震等级等结论,为抗震设计提供参考。

高层建筑结构抗震性能评估实例

基于Perform-3D软件,输入3条地震波对工程实例进行动力弹塑性分析,以ASCE 41规定的构件弹塑性变形量化指标作为可接受准则,对工程实例进行抗震性能评估,结果表明在罕遇地震作用下结构刚度降低有限,结构处于弱非线性状态;层间位移角等性能指标均满足规范要求,满足"强柱弱梁"等设计要求;剪力墙、框架梁(连梁)等构件比预期性能目标好,结构处于运行控制性能阶段,有较多的安全储备。

考虑SSI三种效应的桩基础RC梁式桥抗震性能评估方法研究

桩-土-桥动力相互作用是桥梁抗震研究的热点和难点问题,需合理考虑地基土柔度效应、运动学效应及阻尼效应的影响。采用基于性能点轨迹法的结构非线性静力分析方法,引入FEMA440针对土-结相互作用运动学效应、地基阻尼效应的地震动需求谱修正算法,探讨建立综合考虑桩-土相互作用三种效应的桩基础RC桥梁的抗震性能评估方法。以某高速公路RC连续梁桥为算例,分别以三种设计谱及相应的人工波为输入进行非线性静、动力方法验算对比,两个水准下的计算结果表明所建议方法在补充考虑后两种效应后,地震响应略小于以考虑第一种效应为主的动力时程法,所建议方法能有效评估桩基础桥梁在预期地震需求下的抗震性能。

考虑钢筋锈蚀的震损结构抗震性能评估

提出了考虑钢筋锈蚀的震损结构抗震性能评估方法,分析了钢筋混凝土结构考虑钢筋锈蚀因素及地震作用后结构抗震性能的变化;通过数值算例获得了考虑钢筋锈蚀的震损结构的能力谱曲线,并与完好结构的能力谱曲线进行对比,验证了该方法的有效性及实用性。结果表明:钢筋锈蚀及地震损伤对钢筋混凝土结构抗震性能影响较大,对震损结构进行考虑钢筋锈蚀因素的抗震性能评估是十分必要的。

基于震害和数值分析的加固建筑结构抗震性能评估

在地震多发国家和地区,很多老建筑或抗震能力达不到现行规范要求的建筑均面临抗震性能评估和加固问题。加固方法种类繁多,各种加固方案的结构抗震性能具有较大的不确定性。介绍了汶川地震中汉旺镇一栋仅遭受轻微结构损伤的老式无筋砌体结构的加固方法,分析了其表现良好的原因;并就1985年墨西哥城大地震中一栋加固建筑表现出的良好抗震性能进行了分析。以都江堰某需抗震加固的实际工程为例,用ANSYS分别对加固前原结构、加大截面法实施加固后的结构以及增设钢支撑加固后的结构进行了3维非线性动力时程分析。综合分析数值计算结果和经受地震考验的成功加固案例后认为,对原结构深入的抗震性能评估是选择加固方案的前提;结构抗震加固应强调对结构整体抗震性能的优化,而不是结构构件简单的修复;加固方案应尽量避免增加结构的自重,优先选择相对轻质高强材料;侧向刚度的增大可能导致地震反应显著增加,故增大侧向刚度并不一定能有效降低结构的水平侧移,建议加固后结构强度提高的程度应高于刚度增加的程度;应充分认识到加固可能带来新的薄弱环节和新的不利受力状态。

基于pushover方法的RC框架结构抗震性能评估研究

以郑州市上街区某小学综合办公楼5层钢筋混凝土框架结构实际工程为背景,采用有限元软件Sap2000对该结构进行了静力弹塑性分析,通过计算了解了该结构在不同地震动强度作用下的抗震性能水准。研究表明:该结构能够满足抗震规范规定的"小震不坏"和"大震不倒"的性能要求。从推覆过程中观测到的梁柱塑性铰发展情况来看,结构破坏基本上呈"梁铰机制",满足规范关于"强柱弱梁"的设计要求,说明结构原设计总体上是比较合理的。但是从分析得到的结构各层层间位移角以及各层梁柱塑性铰发展情况来看,结构第3层与4层交接处抗侧刚度突变,属于结构中相对薄弱部位,在构造上应予加强。

基于Pushover方法的中小学砌体结构抗震性能评估

针对中小学砌体结构教学楼的受力特点,提出横墙和开洞纵墙的等代框架模型,分析了模型的抗弯、抗剪和轴向刚度计算方法;结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准,将砌体结构的性能水平划分为正常使用、中等破坏和生命安全三个阶段,并通过对大量砌体墙片试验数据的统计,得出其各性能水平对应的层间位移角限值。最后利用所提模型对一砌体结构教学楼进行Pushover分析,将其实际层间位移与所提性能指标进行比较,结果表明结构在不同地震水平下均满足预定的性能目标。

基于多振型组合的风电塔架抗震性能评估方法研究

以基于结构性能的抗震设计理念为应用背景,对风电塔架的抗震性能评估方法进行研究。首先建立目标结构的有限元分析模型,按照设定准则,取前N阶振型,按振型加载的方式进行Pushover加载,获得相应的等效单自由度体系ESDOF(equivalent-single-degree-of-freedom)的能力曲线。然后对原结构多自由度体系和不同的ESDOF体系分别进行弹塑性时程分析。最后将Pushover分析方法和增量动力分析法(IDA)结合起来,尝试用多个等效单自由度体系恢复力模型近似代替原结构进行IDA分析,从而对目标结构进行抗震性能评估。以一个30 m高的预应力风电塔架为例,验证了方法的可行性。本方法结合了多振型组合的Pushover分析方法与能量IDA方法,实现了对风电塔架可靠有效、计算成本较低的抗震性能评估,对未来大型复杂的风电塔架结构抗震分析和性能评估有一定的参考意义。

考虑高阶振型影响的输电塔抗震性能评估方法

为了考虑高阶振型对输电塔抗震性能的影响,结合振型侧向力组合方法(MLFC)和能力谱法提出了该类结构的抗震性能评估方法。首先根据输电塔的振型贡献系数识别主要贡献振型,然后考虑各振型侧向力的加权正负组合构建基于MLFC的侧向力组合模式,并采用能力谱法分析确定输电塔的能力曲线和性能指标,最后根据输电塔的抗震性能目标和顶部位移性能水准进行抗震性能评估,从而建立了考虑高阶振型影响的输电塔抗震性能评估方法。结合工程实例分析表明,基于MLFC的侧向力组合模式在抗震能力曲线和位移性能指标分析方面与增量时程分析法吻合较好,能够有效地考虑高阶振型对输电塔抗震性能的影响。