不同破坏机制的装配式RCS框架节点抗震性能试验研究

提出一种新型钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架节点构造形式,通过对12个1/2比例的柱贯通型RCS混合节点低周往复加载试验,研究强节点系数ηj、节点核芯区加劲腹板构造、钢梁与节点连接构造等参数对试件破坏模式、滞回耗能特性和变形组成的影响。试验研究表明:随着强节点系数的减小,试件破坏形态由梁端的弯曲破坏转变为节点的剪切破坏;试件滞回曲线也相应的由耗能能力较好的梭型转变为捏拢的反S型。ηj>1的试件梁端弯曲变形引起的层间位移超过总位移的60%,而ηj<1的试件,层间位移主要由柱端弯曲变形引起。节点核芯区的加劲腹板有效提高了节点的抗剪强度和刚度,节点区的剪切变形对层间位移的贡献最大不超过10%。ηj<1的试件,节点核芯区加劲腹板在1/20层间位移角时达到屈服,节点的受剪强度同时达到峰值,且随节点剪切变形的进一步增加无明显衰减。节点核芯区预埋高强螺栓和钢梁的连接构造合理可靠,加载过程中无明显相对变形,可满足梁柱刚性节点假设。成果可供装配式RCS混合结构的工程设计参考。

楼板对RCS框架抗震性能影响的理论分析及改进措施研究

由钢筋混凝土(reinforced concrete)柱和钢(steel)梁组成的结构称为RCS结构,它融合了混凝土结构和钢结构的优良特性,使其在工程领域得到了广泛运用。近年来,研究者对RCS节点及其整体结构的抗震性能进行了深入研究,但鲜有文献考虑楼板对RCS结构的抗震性能的影响。基于此,对已完成的2榀1/3缩尺RCS框架抗震性能试验进行了数值模拟和参数分析,并结合弹性理论分析得出RCS结构抗震性能的改进意见,RCS有限元模型的有效性通过试验结果得到了验证。结果表明:纵筋配筋率、配箍特征值及轴压比对RCS结构的峰值承载力和延性影响显著;钢材强度(钢梁、纵筋和箍筋)对RCS结构力学性能的影响不明显;楼板的存在间接提高了钢梁腹板的高度,进而增大了钢梁的截面惯性矩和刚度,导致结构的承载力提高,但降低了框架的延性。

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

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。

RCS混合节点抗剪承载力计算方法对比研究

为研究适用性强的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合节点抗剪承载力计算方法,对近年来的RCS节点剪切破坏试验数据进行了统计,将试验结果与中国规程方法、Nishiyama方法、Parra方法和ASCE指南方法计算结果进行了对比,并对各方法的参数适用性进行了讨论。对比结果表明:4种方法均具有工程实用价值,其中Parra方法结果离散性最小,中国规程方法计算最为简便。参数分析表明:4种方法对不同配箍率和不同位置节点均有较好适用性,但对小轴压比节点(轴压比0~0.2)与柱贯通节点预测均偏于保守;中国规程方法对于混凝土强度高于60 MPa的节点预测结果偏于危险,同时对有直交梁节点承载力预测偏于保守。建议在公式中引入混凝土强度系数和直交梁约束系数,用以考虑两者对承载力的影响。

带可更换构件的RCS混合框架结构受力特性及抗震设计方法

提出一种带可更换构件的RCS混合框架结构,其结构组成包括耗能框架和主框架,利用可更换构件损伤集中耗能,地震后通过更换受损可更换构件实现结构功能快速恢复。采用SAP2000对14榀框架结构进行非线性静力分析,对比研究了混合框架的受力性能,明确了混合框架的屈服机制及受力状态。分析了可更换梁的破坏模式、截面形式及布置位置,耗能框架的跨度及布置位置等参数对混合框架受力特性的影响。基于受力特性分析结果,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准的划分方法,并将弹性刚度比(KDF/KMF)和屈服位移比(Δ2/Δ1)两个参数作为结构弹性设计的控制参数。采用SAP2000对8榀混合框架结构进行动力时程分析和非线性静力分析,提出了满足不同性能水准的层间位移角限值,以及对结构进行弹性设计时控制参数的取值范围;并结合结构的不同性能目标,进而提出混合框架结构基于双参数的抗震设计方法。研究结果表明,该混合框架结构具有良好的屈服机制,剪切型可更换梁耗能能力较强,自定义截面可更换梁有利于实现结构震后功能恢复,楼面层与层间同时布置可更换梁、增大耗能框架的跨度均能提高结构的刚度和承载力;此外,当弹性刚度比为2.8~4.3,屈服位移比大于1.8时,结构可以达到预期受力状态,且具有较好的可更换性,所提基于双参数的抗震设计方法是有效的。

基于刚度和位移带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法

带可更换构件的RCS混合框架结构作为一种新型的可恢复功能结构,其抗震设计方法尚不明确。基于其结构受力特性及现行抗震规范中性能水准的划分,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准,明确了结构在不同性能水准下的受力状态和指标限值。将弹性刚度比和屈服位移比作为结构设计控制参数,提出了基于双参数的带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法,并给出了抗震设计的具体实施步骤和构件截面设计方法。通过非线性静力分析及动力时程分析,对一幢3层带可更换构件的RCS混合框架结构进行抗震设计。分析结果表明:结构能满足预期的不同性能水准,所提抗震设计方法是有效性的。

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。

基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估

为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:该文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。

基于OpenSees的RCS组合框架结构抗震性能模拟分析

选取已有钢筋混凝土柱—钢梁组合结构(RCS)框架的低周期反复试验数据,采用地震工程开源模拟软件OpenSees对其进行有限元模拟,对比骨架曲线与滞回曲线,试验结果与有限元结果吻合较好。随后考察弯矩放大系数(Mc/Mb=0.86、1.48、2.04)、柱轴压比(n=0.06、0.2、0.3、0.6、0.8)对抗震性能的影响,得到了各参数下框架的滞回曲线、骨架曲线和各特征阶段的荷载与位移值。分析了框架的破化过程、延性与强度退化。结果表明:RCS组合框架滞回曲线饱满,具有良好的变形及耗能能力;随着弯矩放大系数的减小、柱轴压比的增大,框架的水平极限承载力降低、屈服状态提前、位移延性降低。分析结果可供有关研究或工程应用参考。

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。

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。

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。