考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值确定方法

填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构是我国应用最为广泛的结构形式之一,而我国规范中给出的此类结构性能指标限值并未充分考虑填充墙对整体结构破坏状态的影响。遵循我国规范中对结构破坏状态的定义原则,提出基于构件破坏率的填充墙RC框架结构性能指标限值确定方法,为此类结构破坏状态与工程需求参数对应关系的研究提供新的思路。以典型结构为例建立数值分析模型,采用该文方法计算考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值,并与不考虑填充墙的“纯框架”限值进行了对比分析。相较于“纯框架指标”,该文指标完好、轻微破坏、中等破坏和严重破坏四个破坏状态的层间位移角上限值均更小,其中,完好状态的上限值为1/832,远小于规范中规定的弹性层间位移角限值1/550,说明判定填充墙RC框架结构的破坏状态时,直接应用规范限值会低估结构的破坏程度。

多台地掉层RC框架结构扭转效应及控制研究

山地掉层结构考虑坡地开挖工程量、边坡稳定性等因素,常需设置多个接地端,导致结构平面和立面不规则,扭转效应显著。为研究3个不等高接地端的多台地掉层钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的扭转效应及控制措施,通过拟静力试验和振动台试验结果验证了有限元模型的可靠性,对建立的16个不同结构参数的有限元算例模型进行了弹性和弹塑性动力有限元分析,研究了此类框架结构扭转效应受接地端跨数、总掉层数、中接地端掉层数等因素的影响程度;通过算例分析对比了不同扭转控制措施的效果。研究结果表明:弹性状态下,3台地掉层RC框架结构在中接地层和上接地层处扭转效应显著,总体扭转效应小于对应的2台地掉层RC框架结构;而当结构进入弹塑性状态后,通过降低结构掉层部分长度在顺坡向总长度上的占比,可有效缓解结构的扭转效应;在3台地掉层RC框架结构中设置水平接地构件、钢支撑和黏滞阻尼器均能改善扭转效应,对于岩质边坡,设置水平接地构件对各扭转效应指标的改善最好。

柔性连接填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为了研究柔性连接填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架的抗连续倒塌性能,用ABAQUS建立了纯框架、刚性和柔性连接填充墙框架的有限元模型,并验证了建模方法的可靠性。对比了刚性与柔性连接填充墙对RC框架抗连续倒塌性能的影响,研究了墙-框连接刚度、拉结筋设置情况、构造柱数量和类型、砌块和砂浆强度对柔性连接填充墙RC框架连续倒塌抗力的影响。结果表明:柔性连接填充墙RC框架的连续倒塌抗力和延性更好;墙-框间填充高弹性材料、增加构造柱数量、提高砂浆强度有利于提高柔性连接填充墙RC框架抗连续倒塌的峰值承载力和极限承载力;墙-框间填充常规填缝材料、设置Ⅱ型构造柱、提高砌块强度会提高峰值承载力、降低极限承载力,设置拉结筋的效果则相反。

型钢组合加固震损RC框架抗震性能试验研究

震损RC框架需在震后得到快速修复,考虑采用加强局部构造及提高整体结构抗震能力的方法,以恢复甚至提高震损框架的抗震能力。结合框架在地震作用下的受力特性及破坏模式,先对柱采取外包角钢与缀条的局部加固,后对整体框架分别采取薄壁钢板剪力墙、斜支撑、V形屈曲约束支撑方式进行加固,并对加固后试件进行低周往复加载试验。结果表明:组合加固后试件抗震性能改善明显,将原框架的“强梁弱柱”转为符合抗震要求的“强节点弱构件,强柱弱梁”破坏。破坏时支撑及薄壁钢板先破坏,能有效避免主体框架过早破坏。试件加固后承载能力、初始刚度、延性及累积耗能均比未加固试件提高显著,且承载力及刚度退化均较缓慢,最后破坏为累积损伤所致。采用V形屈曲约束支撑加固的试件由于其具有多重耗能能力,其抗震性能及延性均好于其他两种组合加固方式的试件,综合考虑试件加固后的抗震性能及破坏模式,建议选用此种方法加固。

柔性连接开洞填充墙RC框架结构抗震性能数值模拟研究

为研究橡胶作为新型柔性连接材料对开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,对4个缩尺比1/2的开洞填充墙RC框架试件的低周反复加载试验进行数值模拟。采用DIANA非线性有限元软件建立了三维柔性连接开洞填充墙RC框架结构分离式简化微观模型。在柔性连接模型基础上,建立4个相同开洞情况的刚性连接模型进行对比分析。结果表明:分离式简化微观模型能有效实现框架结构破坏规律的模拟;与刚性连接相比,柔性连接开洞填充墙RC框架试件的刚度和强度降低,延性提高。开洞对采用柔性连接与刚性连接的框架结构影响规律相似。在中心开洞形式下建立了4个不同开洞率的柔性连接填充墙RC框架模型并进行了参数分析,提出了柔性连接开洞填充墙RC框架结构承载力和刚度的折减公式。

近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明:当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。

近场地震动对我国RC框架结构地震响应影响分析

近场地震常含有丰富的脉冲成分,其短时间内产生的冲击效应会对近场地区建筑结构造成严重破坏。钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构在我国城镇地区应用较多,为此应开展近场地震动对我国框架结构地震响应影响研究。基于近期记录较为完整的土耳其M 7.8级地震,筛选出近场脉冲型和非脉冲型两类地震动各2条作为输入,并对比分析了4条地震动加速度反应谱的形状特征;按8度设防设计并建立了4、7、10层三个不同周期的RC框架结构有限元分析模型,利用现有试验结果验证了该模型的准确性;采用非线性动力时程分析方法,通过比较地震加速度反应谱、结构层间位移角、结构耗能和梁、柱构件利用率等指标,从结构整体到构件层面综合分析了这两类地震动对框架结构地震响应的影响。研究结果表明:所选的脉冲型地震动加速度反应谱平台段较长且双峰和多峰特性明显,非脉冲型地震动加速度反应谱的单峰特性明显;在这两类地震动作用下,短周期结构整体响应以及梁、柱构件的破坏程度均与地震加速度反应谱值呈正相关性;而对于中和长周期结构,相比较非脉冲型地震动,脉冲型地震动作用下会造成加速度反应谱值小,而结构整体响应以及梁、柱构件的破坏程度较大的现象。因此,对该类结构进行抗震设计时应充分考虑近场地震动脉冲效应的影响。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

我国沿海地区RC框架结构地震易损性分析

文章考虑到近海大气的腐蚀环境,在材料层次,通过考虑钢筋应力及弹性模量削弱、混凝土碳化作用、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子等侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于实验数据从构件和框架整体上验证了模拟方法的正确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型,对6层和9层的不同龄期的框架结构,采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,得到了不同腐蚀龄期、层高、设防烈度的易损性曲线。结果表明:同一设防烈度下,腐蚀龄期越长,结构的超越概率越大;同一龄期下,设防烈度越低,结构的超越概率越大。

多塔大底盘RC框架隔震建筑抗震韧性设计研究

以位于Ⅷ度区(0.3 g)的某多塔钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架建筑为研究对象,对其进行了大底盘隔震设计,研究了在设防、罕遇地震作用下3个塔楼的动力响应,并基于韧性评价标准对该隔震方案展开了2个地震水准下的抗震韧性评价。结果表明:隔震后结构基本周期延长至原来的3倍,降低了地震作用,有效控制了上部结构的地震响应。楼面绝对加速度的显著控制基本消除了加速度敏感型非结构构件的损伤。结构构件以及位移敏感型非结构构件的修复费用主导了建筑的修复费用。建筑的修复时间由阶段Ⅰ中结构构件的修复时间控制,此隔震方案下建筑的抗震韧性等级达到了三星。

基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法

为了实现钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架结构地震响应的快速预测,提出了一种基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法,设计低层、多层和小高层共3个典型RC框架结构作为研究对象,以四川雅安地区为目标场地,基于条件均值谱选取地震动记录作为输入并进行弹塑性时程分析,所得样本数据用于训练人工神经网络。以地震动强度信息和结构信息为输入预测结构响应,同时对模型进行参数敏感性分析。结果表明:建立的人工神经网络模型具有较好的泛化性能,平均谱加速度具有最高的平均影响值,提出的方法为快速预测RC框架结构地震响应提供了方法借鉴。

基于机器学习的填充墙RC框架震后损伤快速评估

填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架是最常见的结构形式之一,实际震害和试验研究中发现填充墙对RC框架的抗震性能影响很大。为实现填充墙RC框架震后损伤状态准确、快速评估,首先根据不同的建筑结构信息(设防烈度、建造年代、层数、层高、跨数和填充率)设计了660个填充墙RC框架,结合10条地震动在OpenSees中对660个结构进行非线性时程分析,得到了6600个数据点,形成了填充墙RC框架震损评估模型建立的数据集。基于该数据集,采用朴素贝叶斯(naive Bayes,NB),K最近邻(K-nearest neighbors,KNN),决策树(decision tree,DT),人工神经网络(artificial neural network,ANN),随机森林(random forest,RF),自适应提升(adaptive boosting,AdaBoost),极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost),轻量级梯度提升(light gradient boosting machine,LightGBM),类别提升(category boosting,CatBoost)共9种机器学习的算法,建立了预测填充墙RC框架震后损伤的预测模型。研究结果表明:RF和CatBoost模型对损伤等级预测的精度最高,在测试集的准确率均达到0.93。紧随其后的是LightGBM和XGBoost模型,这些模型的准确率均超过了0.90。与实际震损数据对比,RF和CatBoost模型预测准确率均为47%,但CatBoost模型的预测误差在1个损伤等级范围内的准确率为76%,高于RF模型。基于CatBoost模型进行了不同输入变量的重要性分析,发现对填充墙RC框架震损影响最大的是设防烈度(seismic design intensity,SDI)、峰值地面速度(peak ground velocity,PGV)、0.4 s的谱加速度S_(a)(0.4 s)。此外,随着结构层数越多,楼层数量(n_(s))对结构的震损等级影响也越大。

面向均匀损伤的RC框架结构抗震优化设计方法

RC框架结构在地震作用下多出现局部楼层损伤明显或抗力不足问题,通过对抗侧力构件性能的合理优化可实现各楼层损伤程度相近的设计效果,消除薄弱层,达到更为理想的均匀损伤分布模式。提出RC框架结构的均匀损伤设计方法,以各楼层损伤指数相等或相近为优化目标,各层框架柱配筋率为优化变量,通过智能算法与有限元平台协同计算技术,实现RC框架结构均匀损伤优化设计,并采用弹塑性时程分析和IDA方法对优化效果进行验证分析。结果表明,通过智能算法优化框架柱配筋方案可以有效调控结构各层损伤程度,不同地震波作用下结构最优配筋率分布是不完全相同的,并且框架柱的最优配筋率分布也未呈现明显的统计规律,但将不同地震波下优化结果的均值作为框架柱配筋方案可以提高结构抗震能力,该优化方法合理有效。

基于XGBoost模型集成学习的RC框架结构地震响应预测方法

为实现钢筋混凝土(RC)框架结构地震响应的快速预测,提出了基于集成学习的RC框架结构地震响应预测方法。设计低层、多层和小高层共3个RC框架结构作为研究算例,根据条件均值谱(CMS)选取地震动记录,通过弹塑性时程分析搭建样本数据库,以地震动强度信息和结构信息为输入预测结构响应,同时对模型进行特征重要性分析。研究结果表明,建立的XGBoost模型相比梯度提升回归树(GBRT)模型具有更好的泛化性能,特征参数中平均谱加速度(AvgS_(a))的相对重要性最大,提出的方法为快速预测RC框架结构地震响应提供了借鉴,具有较高的应用价值。

考虑填充墙平面刚度分布的RC框架结构抗地震倒塌能力研究

为研究填充墙对RC框架结构抗震性能的影响,以汶川地震中发生倒塌的漩口中学教学楼A为原型,基于ABAQUS软件建立了有限元模型,对结构底层各柱的剪力进行分析,发现由于填充墙的布置使得结构平面刚度分布不均,造成地震剪力在各榀框架之间分布不均匀。为了定量地考虑平面各轴线刚度分布对结构抗震性能的影响,设计了4个沿轴线各榀填充墙框架不同刚度分布的结构模型,通过IDA(增量动力分析)分析对比评估4个模型的抗地震倒塌能力。结果表明:平面刚度均匀分布的结构模型倒塌概率最低,具有良好的地震韧性;当某轴线的刚度高于平面各轴线平均刚度的30%时,结构的倒塌概率大幅提高,抗倒塌安全储备不足,建议在设计中平面各轴线的刚度不应超过此限值。

RC框架结构基本自振周期个体间不确定性量化

钢筋混凝土(RC)框架结构是城市区域地震风险评估重要对象,其基本自振周期存在明显个体间变异性,如相同高度周期不同。通常采用的确定性结构高度-周期经验公式主要面向新结构设计,未能考虑既有RC建筑物周期的个体间变异性,影响区域地震风险评估的准确性,因此需要合理量化。该研究通过大量文献检索,收集了不同地区的641栋RC框架结构实测长轴、短轴方向基本周期以及高度、结构形式等信息,开展了严格的数据库清洗,并采用物理准则-数据驱动相结合的方式,建立了高度相依基本周期随机函数模型描述个体间变异性。与经典统计回归基本周期随机模型相比,新模型可以更好地反映结构间基本周期的物理机制差异以及观测数据的联合概率特性,便于在区域地震风险评估中应用。

填充墙分布对RC框架结构抗连续倒塌承载力的影响

为研究填充墙分布对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗连续倒塌承载力的影响,基于ABAQUS软件建立了RC填充墙框架结构抗连续倒塌的整体式有限元模型,并与已有的试验研究结果进行对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,对比分析了不同填充墙数量及分布形式下RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、节点水平位移与中柱竖向位移关系、塑性铰分布和峰值承载力。结果表明:位于失效柱跨的填充墙可显著提高框架结构的抗连续倒塌承载力;填充墙分布会改变框架结构塑性铰的位置,塑性铰分布越不均匀,结构的抗倒塌性能越弱;建筑设计中应避免填充墙水平不对称分布及填充墙仅在楼层两端分布的情况。

RC框架填充墙抗震性能提升方法综述

填充墙在地震作用下平面内外均发生严重的破坏,同时,填充墙与周边框架的相互作用使结构发生非延性破坏形态,不符合延性设计理念。文中分析了实际震害中填充墙的破坏形态,利用已有文献,归纳了改善填充墙抗震性能的方法,分析了各种方法的特点,着重对摇摆砌体填充墙进行阐述,并进行了展望。

附设黏滞阻尼器的RC框架结构抗震韧性评估

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复时间曲线以及易损性信息按实际情况进行相应修正,并对无控结构和有控结构的修复费用、修复时间和人员伤亡等主要抗震韧性指标进行对比分析,明确了黏滞阻尼器对RC框架结构抗震韧性的影响。研究表明,在RC框架结构中适当设置黏滞阻尼器不仅能够减小结构地震响应、降低结构破坏概率,还能有效提升结构抗震韧性。

基于耐震时程法的RC框架减震结构抗震分析

耐震时程法(ETM)是一种对增动量分析法(IDA)进行简化的新型结构抗震性能评估方法。为验证此方法在RC框架减震结构中抗震分析的可靠性,文中对RC框架减震结构分别进行ETM分析以及IDA分析,将两种方法得到结构响应情况进行对比分析。研究结果表明,两种分析方法得到的结构响应结果总体吻合情况较好,此方法能很好地预测结构在地震作用下的抗震响应,也说明了耐震时程法应用于RC框架减震结构中的可靠性,且是一种计算效率高的结构抗震分析方法。