多层建筑结构地震破坏倒塌机理新认识

以框架结构和砌体结构为主要结构体系的多层建筑数量多,分布区域广。然而,在历次地震中,多层建筑破坏最严重,倒塌数量最多。震害调查发现,框架结构梁端塑性铰基本无法形成,强柱弱梁难以实现。其中部分底层空旷的结构形成了层屈服破坏机制,大多数结构则因填充墙的组合效应出现了竖向构件的脆性破坏。通过对典型多层建筑震害现象的剖析,发现各轴构件刚度和承载力不均匀是结构破坏的主要原因,分配内力大的构件因变形能力小,超过极限承载力时率先破坏,成为结构破坏和倒塌的触发点。由此提出了结构破坏和倒塌的“变形饱和”假说。选取典型的特征构件,设计了无填充墙的框架、带后砌填充墙的框架和带先砌填充墙的框架3种实验模型,通过对极限承载力和极限位移的分析,验证了多层建筑结构“变形饱和”破坏倒塌机理。

新疆乌什7.1级地震建筑震害调查与分析

对新疆乌什震区砖木结构、砖混结构和框架结构进行了震害调查,以“散、脆、偏、单”评估法分析建筑破坏与完好的原因。结果表明:缺乏圈梁构造柱的砖木、砖混结构存在“散”的缺陷,破坏极其严重,甚至倒塌,而具有完备构造措施的建筑因其“整”的特性表现较好。某砌筑填充墙框架建筑和内走廊教学楼因其各轴抗侧刚度均衡,具有“匀”的特性,遭受到强震作用依然破坏轻微。因此,该评估方法可以合理地解释乌什地震中建筑的震害现象,可将其应用于后续地震的震害评估中。

RC框架结构地震破坏机理与抗倒塌研究现状与展望

多层钢筋混凝土(RC)框架结构地震破坏机理与抗倒塌设计理论一直是地震工程领域的研究热点。聚焦砌体填充墙对结构破坏模式的影响,从地震倒塌机理、结构破坏模式与成因剖析、抗地震倒塌设计理念3个方面对国内外开展的多层RC框架结构抗震研究进行了梳理、总结。结果表明:地震作用下实际工程及实验室模型难以出现设计预期的"强柱弱梁"破坏,设计细节和非结构构件均影响结构的地震破坏模式;改善填充墙与周围框架连接方式、增设翼墙或设置柔性填充墙一般均能保证结构的抗倒塌性能。

城乡房屋建筑地震风险调查实用方法

地震风险调查是我国现阶段社会发展的迫切需求,然而目前还缺少简便实用的调查方法。历史地震震害是最好的老师,作者多年专注于汶川地震研究。基于震害类比、实验验证和理论分析,总结提炼出工程结构抗震能力“散、脆、偏、单”评估法,深入分析了权重最高的“偏”的物理机制,编制了便于实际操作的风险调查表。研究结果可供城乡地震风险调查和结构抗震设计参考。

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。

外置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩地震易损性分析

为评估设置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩的抗震能力,本文建立该结构的有限元分析模型,分别定义和量化双柱墩不同损伤状态和损伤指标。本文从太平洋地震工程研究中心选取16条近断层地震动,基于增量动力分析,得到该结构的地震响应。基于最小二乘法,对得到的增量动力分析曲线进行对数回归分析,计算结构不同损伤状态的超越概率及易损性曲线。研究表明:当地面峰值加速度为0.1 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋屈服的超越概率分别为34%和22%;当峰值加速度为0.4 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋失效的超越概率分别为6%和11%,而预应力筋未屈服;当峰值加速度为1.0 g时,外置耗能角钢和耗能钢筋失效的概率分别达到85%和91%,桥墩发生倒塌的概率为46%。

缓凝粘合剂在建筑结构缓粘结预应力混凝土中的应用

为研究建筑结构缓粘结预应力混凝土中缓凝粘合剂的应用配比,将固化剂与硅胶按照2∶100的比例配制成胶液,浇注后使其固化获得制备好的硅胶模具,应用试验材料制备缓凝粘合剂,设计10种邻苯二甲酸二丁酯与环氧树脂的混合比例,制备10种不同的样品,分2批配制缓凝砂浆,用于包裹预应力筋,当混凝土试块浇筑9 d后,对缓粘结预应力筋实施张拉操作。依照配比的顺序共制备30个缓粘结预应力混凝土试件。结果表明,当邻苯二甲酸二丁酯加入量为25、20 g,环氧树脂加入量为120、125 g时,缓粘结预应力混凝土试件的力学性能与抗震性能均较好。

北川县联社框架结构地震倒塌机理分析

钢筋混凝土框架结构地震倒塌造成了大量人员伤亡和经济损失。采用基于MSC.Marc有限元软件开发的THUFIBER程序,以汶川地震中整体倒塌的北川县联社为研究对象,进行框架结构地震倒塌研究。通过动力时程分析得到结构在地震作用下的破坏表现为层失效模式,具体失效层为结构底部一、二层和上部通层。利用ATC-63推荐的22条地震记录对结构进行增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA),得到结构的抗倒塌储备系数约为4.4,结构发生完全倒塌时的平均最大层间位移角约为1/22。

地震和场地条件对城市破坏的分析及减灾途径

为了减轻地震灾害对城市的影响,保证社会经济的可持续发展和人民生命财产安全,从地理位置、地震强度和灾害损失等方面分析了我国城市面临的地震风险,在总结城市震害的基础上,归纳了地震对城市的破坏作用和影响,梳理了城市场地条件对城市震害的影响,通过震例分析,对城市地震灾害形成的成因进行了分析和讨论,城市的建设需要选择抗震有利地段,避开不利地段,并提出7条减灾途径,在规划、加固、风险排查等方面尽可能降低地震对城市造成的影响。

钢筋混凝土矩形柱地震破坏模式的概率分析

鉴于破坏模式对既有钢筋混凝土柱抗震性能评价和震后恢复决策的重要性,从美国太平洋地震研究中心钢筋混凝土柱抗震性能试验数据库(PEER-Structural Performance Database)中收集214根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力试验数据,分析了弯曲、弯剪或剪切三种破坏模式的破坏特征及主要影响因素。根据钢筋混凝土柱塑性铰区截面剪力需求与抗剪承载力的关系,计算了发生三种不同破坏模式时剪力需求与抗剪强度的比值,并分别给出了相应的概率分布函数。结果表明,基于剪力需求和抗剪强度比值的概率分析能够合理地反映钢筋混凝土柱的地震破坏模式。

水平地震作用下双级加筋土挡墙损伤识别研究

因对台阶式加筋土挡墙损伤识别的研究不足,开展了双级加筋土挡墙的大型振动台试验。采用时域识别方法分析了水平地震作用下模型的动力响应特征,阐述了上、下级挡墙自振频率、阻尼比的分布规律,探究了结构损伤程度与自振频率、阻尼比间的对应关系。研究结果表明:加载前上、下级挡墙的自振频率基本一致,阻尼比随墙高的增加而减小;随着加载工况的累积,自振频率逐渐减小,阻尼比逐渐增大。采用数学方法对自振频率和阻尼比分布曲线进行多项式拟合,对比分析可得:当自振频率减小0~15.41%、阻尼比增大0~299.35%时,结构处于基本完好阶段;当自振频率减小15.41%~18.92%、阻尼比增大299.35%~360.07%时,结构处于轻微破坏阶段;当自振频率减小18.92%~21.29%、阻尼比增大360.07%~398.21%时,结构处于中等破坏阶段;当自振频率减小21.29%~29.60%、阻尼比增大398.21%~532.99%时,结构处于毁坏状态。

地震作用下的干法赤泥堆场稳定性分析

地震是影响赤泥堆体场稳定性的重要因素之一。采用有限元强度折减法和规范指导方法对龙塔崖沟干法赤泥堆场进行了静力稳定性分析,确定了滑动面的位置和形状,计算了静力条件下的安全系数。以拟静力法不同烈度工况下的堆积体安全系数为标定值,分析了两条实测地震波作用下的堆积体位移、加速度以及动力安全系数的变化规律,计算结果满足规范设定的阈值,可确定堆积体是稳定的。通过与不同方法、不同规范的评价要求对比,判定有限元强度折减法可作为稳定性分析的评价标尺。

泸定6.8级地震典型震害调查与分析

对四川泸定6.8级地震极震区中磨西镇和得妥镇的建筑物进行震害调查与分析,发现具有“散、脆、偏”特性的建筑物破坏严重,而具备完好抗震构造措施的砌体结构、结构布置具备“匀”思想的建筑物震害较轻。基于“变形饱和”建筑物致灾机理和泸定地震震害调查结果,将建筑物常见的结构布置划分为5种典型形式:全硬脆轴线结构、全弱延轴线结构、全弱脆轴线结构、普通结构和具有“偏中带匀”特点的硬脆与弱延混搭结构,分析每种形式对应的震害表现及其内在机理。结果表明:全硬脆轴线结构、全弱延轴线结构和具有“偏中带匀”特点的硬脆与弱延混搭结构因未到达“变形饱和点”,震害表现极轻,几乎无可见裂缝,而其他2种结构布置形式的建筑均出现破坏,甚至倒塌。最后,结合“变形饱和”致灾机理对房屋抗震设计理念提出“匀”的建议。

采用过滤白噪声模型的地震动时域降维表达

随机地震动模拟一般有频域和时域两大类方法。本文基于单重过滤白噪声时域模型,建议了平稳地震动过程和全非平稳地震动过程模拟的时域表达。本质上,时域表达可视为一系列标准正交随机变量所调制的确定性函数的线性叠加,而正交随机变量集则可定义为随机正交函数形式来实现高效降维。为此,通过引入三类随机正交函数,即非高斯型的Legendre正交多项式、Hartley正交基和高斯型的Hartley正交基,均可实现仅用一个基本随机变量在时域模型上精细表达地震动加速度过程。平稳地震动过程的数值算例表明了本文方法的有效性,且优于Monte Carlo方法;全非平稳地震动的算例分析则表明了本文方法的工程适用性。

基于随机相位差谱的全非平稳地震动建模

为合理表征地震动过程的全非平稳性和随机性,发展了一类基于相位差谱和功率谱结合的随机地震动模型。首先,阐明了相位差与地震动全非平稳性的关系,并利用实测强震记录,进行相位差谱模型参数的识别及统计分析。其次,采用确定性和随机性参数的功率谱模型,分别获得确定性参数的取值以及随机性参数的归一化最优概率分布。最后,通过选取基本随机参数的代表性点集,获得相应的地震动加速度代表性时程集合。研究结果表明:仅需2个或4个基本随机变量即可模拟具有自然变异性及丰富概率信息的地震动加速度过程,且模拟所得的加速度反应谱与实测强震记录拟合良好,为应用概率密度演化理论进行复杂工程结构的随机地震反应及抗震可靠性精细化分析奠定基础。

基于加速度-应变联动测试系统的多层建筑破坏机理与构件行为研究

传统方法在建筑上安装加速度传感器来对结构进行强震观测,但该方法无法获得地震作用下各构件的真实地震响应,因此研发了一种加速度-应变联动测试系统。地震发生时,该系统使用强震仪触发采集,布置在构件上的应变片也将同步记录应变数据。将该系统布置在两所外廊式教学楼上对其进行地震监测,结果显示:新型加速度-应变联动测试系统能同时记录地震发生时的加速度响应和构件上应变响应,可弥补现有强震观测设备在监测结构构件地震响应方面的不足。此外,在小震作用下,填充墙的约束作用将导致底层被约束柱承担的地震剪力是裸露柱的数倍,当柱的两侧布置窗间墙时,这种内力凝聚现象将更显著。这种剪力的不均匀分布在进行结构抗震设计时常被忽略,被约束柱的抗震需求被严重低估,这将导致结构在地震作用下更易发生严重破坏,甚至倒塌。

场地条件对地震动和震害影响的研究进展与建议

场地条件对地震动和震害有重要影响。本文简要回顾了场地条件对地震动和震害影响的研究历史,总结和评述了这一领域的研究进展。重点对地形地貌、岩土类型、覆盖层厚度、土层结构、地下水、岩土动力性质及物理地质现象等对地震动和震害的影响进行了总结和评述。提炼和概括了目前场地条件对地震动和震害影响研究中比较一致的几点认识。在此基础上,提出了这一领域当前应进一步研究的问题,主要包括地震现场资料调查、局部地形几何尺度、场地分类、覆盖层安全厚度界限、近断层地震动参数分布规律、活断层避让距离,以及强震资料积累等关键问题。

城市和建筑抗震韧性研究的进展与展望

抗震韧性设计的理念代表着当前结构抗震和城市防灾减灾领域的前沿方向,城市和建筑抗震韧性研究作为城市韧性研究的基础和减轻城市地震灾害的重要措施而备受关注,已成为国际地震工程领域和城市规划领域研究的热点问题之一。由于城市系统的复杂性和地震发生的不确定性,这一领域的若干科学问题还尚不明晰,亟待深入的研究和探索。文中总结和评述了当前城市及建筑抗震韧性研究的新进展;论述了抗震韧性研究的理论基础;梳理和厘定了城市及建筑抗震韧性的评价指标、评价方法及其定义和内涵;对这一领域未来的发展趋势和研究方向进行了探讨,并提出了具体的建议。城市和建筑地震安全的需求为这一领域的研究提供了广阔的空间和巨大的动力,城市和建筑抗震韧性研究必将极大地推动结构抗震和城市防灾减灾工作的创新和发展。文中的工作对从事结构抗震、防灾减灾和城市规划的科技人员有一定的参考价值。

基于新视角的震害分析——以四川长宁6.0级地震为例

四川长宁6.0级地震发生后,作者第一时间前往地震现场,获得第一手震害资料。基于"散、脆、偏、单"评估法,对当地建筑物震害特点和成灾机理进行深入剖析,并提出整治措施。实际震害显示,当前我国城乡建筑亟待解决的问题是"散"和"脆";学校建筑和底商结构在此次地震中仍表现出诸多抗震不利问题,集中体现在因填充墙布置不合理导致的"偏";高层建筑主体结构虽在地震后保存完好,但填充墙破坏较重,修缮费用较高。震害调查结果警醒行业人员需围绕实际震害特点精准发力,优化结构概念设计,全面提升抗震能力,推动韧性城乡建设。

川滇甘陕地区地震的加速度峰值比和竖向反应谱的统计分析

本文以国内川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802组地震动加速度记录为基础,研究了该地区加速度峰值比的总体分布特征,分别探讨了震中距和震级对加速度峰值比的影响特征,按照水平反应谱的标定方法对竖向反应谱进行标定并对其进行了统计分析。统计分析结果显示:竖向与水平向加速度峰值比的概率分布总体服从极值Ⅱ型分布,加速度峰值比均值为0.6,加速度峰值比≤0.65的累积频率为64%;Ⅱ类场地的加速度峰值比随震中距增大而减小;大震近场的加速度峰值比基本上远高于0.65;最后本文给出了不同场地类别下竖向反应谱特征参数,并与水平向反应谱特征参数进行了比较。