钢筋混凝土柱的易损性函数研究

基于文献调研,建立了满足我国现行设计规范的钢筋混凝土(RC)框架柱的拟静力试验数据库。将RC柱的损伤状态分为六级,并给出了相应修复方法。基于FEMA P-58方法,以位移角为工程需求参数,建立了RC柱在各损伤状态下所对应的易损性函数。通过与FEMA P-58的易损性函数对比,对所建立的易损性函数的质量进行了评定,并讨论了抗震设防等级和轴压比对易损性函数的影响。结果表明:该文所建立的易损性函数整体处于高质量水准。各极限状态下易损性函数中位值范围为0.764%~4.52%,对数标准差范围为0.339~0.425。三、四级框架柱与一级框架柱在各极限状态的易损性曲线的超越概率之差分别高达11.79%和15.39%。一级、二级及三、四级框架柱在高轴压比工况和低轴压比工况下各极限状态的易损性曲线的超越概率之差分别高达到42.61%、37.11%和43.37%。该文研究结果可辅助我国混凝土建筑结构的地震灾害损失评估及韧性分析。

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。

基于材料性能退化模型的钢排架结构易损性分析

钢材锈蚀是影响钢结构使用寿命的重要因素。为研究大气腐蚀对于钢材锈蚀的影响,本文对太原、攀枝花地区不同龄期的工业钢结构建筑进行了耐久性能实测与材料性能试验,内容包括钢材的锈蚀深度及其屈服强度、极限强度、伸长率、弹性模量等力学性能指标,对于实测与试验结果进行统计分析,提出了钢材的腐蚀模型及力学性能退化模型。为验证实测模型的可靠性,通过钢材腐蚀试验获得室内快速腐蚀情况下的钢材力学性能退化模型,并与实测模型进行对比分析。考虑到随着龄期增长钢材性能不断退化,借助于ABAQUS有限元分析软件平台,将钢材的腐蚀模型及力学性能退化模型引入到不同龄期钢排架结构的地震易损性分析中,获得了结构的失效概率随龄期变化的规律,并给出了相应的易损性曲线。研究成果可为基于数值建模分析获得多龄期钢结构地震易损性数据库提供理论支撑。

采用光圆钢筋配筋的锈蚀RC框架结构抗震性能分析:以新西兰结构为例

该文对光圆钢筋配筋RC框架结构在锈蚀环境下的抗震性能进行分析,提出一种可以考虑光圆钢筋锈蚀引起的材料性能退化及钢筋-混凝土黏结滑移性能退化的节点宏单元模型。通过对已有试验结果进行模拟,验证所提出节点模型的合理性。以新西兰奥克兰市的一栋光圆钢筋配筋的锈蚀RC结构为例,基于SeismoStruct有限元软件,采用所提出的节点模型建立算例结构完好及锈蚀后的有限元模型。分别采用静力Pushover方法及动力时程分析法对算例结构的抗震性能进行分析。分析结果表明:光圆钢筋锈蚀引起的RC框架结构抗震性能退化幅度要高于变形钢筋。

基于改进Ibarra-Medina-Krawinkler材料模型的RC圆柱恢复力模型参数识别

该文基于美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的76根弯曲破坏及弯剪破坏的钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)圆柱试验数据,以峰值指向型改进Ibarra-Medina-Krawinkler(I-M-K)材料模型作为恢复力模型,采用OpenSEES有限元平台对所选择的RC圆柱试验数据进行数值模拟,识别得到了每一RC圆柱的恢复力模型参数。选取RC圆柱的15个基本设计参数为基本变量,采用多元线性回归和分步拟合,获得了RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)。通过对试验验证组中3根RC圆柱的滞回试验数据进行模拟,对该文提出的RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)的合理性进行了验证。结果表明:该文获得的经验预测公式(值)可以较为准确地预测RC圆柱的恢复力模型参数,可以较合理地反映RC圆柱在循环加载过程中的强度及刚度的退化特征。

主余震序列作用下非线性单自由度体系的增量损伤分析

同时采用真实主余震序列和人工构造主余震序列作为输入,开展了非线性单自由度体系在主余震序列作用下的增量损伤分析。挑选75组真实主余震序列,并基于相同的主震记录,分别采用重复法、随机法和衰减法构造不同的人工主余震序列作为输入。分别采用理想弹塑性模型、考虑屈服后刚度的双线型模型和三线型模型,开展主余震序列作用下非线性单自由度体系的反应分析。以修正的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构增量损伤进行研究,并对强度折减系数、恢复力模型及主余震序列人工构造方法对增量损伤的影响进行研究。结果表明:余震造成的结构增量损伤不可忽视。基于重复法和随机法合成的人工主余震序列相比真实主余震序列的余震强度偏大,因此会高估余震对结构造成的增量损伤。基于衰减法合成的人工主余震序列的余震强度偏小,会低估余震对结构造成的增量损伤。结构特性对增量损伤的影响很小,体现为不同强度折减系数及不同恢复力模型对结构增量损伤的影响均不明显。

基于耐震时程法的锈蚀RC框架结构抗地震倒塌能力评估

钢筋锈蚀会造成钢筋混凝土结构的抗震性能下降,使得结构在地震作用下更易发生倒塌。因此,有必要针对锈蚀钢筋混凝土结构开展抗地震倒塌能力评估。目前,增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法被广泛用于结构的抗倒塌能力评估中。然而,IDA方法计算耗时多,计算效率较差。针对这一问题,文中采用耐震时程方法对锈蚀钢筋混凝土结构进行抗地震倒塌能力评估。以一栋按我国规范设计的钢筋混凝土框架作为研究对象,考虑未锈蚀,10%锈蚀率和20%锈蚀率3种工况的影响。分别采用耐震时程法和IDA方法得到了未锈蚀,10%锈蚀率和20%锈蚀率下钢筋混凝土框架结构的倒塌易损性曲线,并计算获得了结构的倒塌裕度比。研究结果表明:随着锈蚀率的提高,钢筋混凝土框架结构的倒塌裕度比会随之减小。将耐震时程法和IDA方法的分析结果进行对比,2种方法获得的结构倒塌易损性曲线和倒塌裕度比结果均吻合良好,说明耐震时程法可作为IDA方法的一种有效替代方法用于结构的抗倒塌能力分析。

主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构损伤分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生"二次损伤"。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余震序列对结构造成累积损伤及余震对结构造成的增量损伤进行了研究。选取75条真实主震及其余震记录构成序列型地震动输入。同时,采用真实主余震序列中的主震记录,分别采用重复法和随机法两种人工余震构造方法,构造两组人工主余震序列作为地震输入。采用改进的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对结构在主震及其在真实和人工主余震序列作用的损伤进行计算,并对余震产生的结构增量损伤进行评估。进一步以峰值加速度、谱加速度、Arias强度作为主震和余震强度参数,研究了余震与主震强度比与余震增量损伤之间的相互关系。分析结果表明:基于随机法的人工主余震序列会对结构造成最显著的增量损伤;采用余震和主震强度比可以较好地预测余震增量损伤的显著性。

FRP加固非延性RC框架结构的地震易损性分析

对FRP加固非延性RC框架结构的地震易损性进行分析。以3层、6层和9层非延性RC框架结构为研究对象,针对三种不同的FRP加固方案,分别采用云图法和Pushover方法对结构的地震需求和抗震能力进行分析。通过对比FRP加固前后非延性RC框架结构的地震易损性,评估FRP加固方法对非延性RC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:FRP加固方法可以有效提高非延性RC框架结构抗震性能。在所采用的FRP加固方案中,底层关键楼层加固方案对非延性RC框架结构的抗震性能改善作用最为明显。此外,FRP加固方法对非延性RC框架结构的性能改善作用与结构高度相关,结构越高,FRP加固效果越差。

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明:不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。