主余震序列作用下钢混框架结构损伤与抗震性能分析

文中提出一种基于主余震序列分析结构抗震性能的方法(MASA),并讨论和给出该方法中各个参数的确定原则,接着应用该方法分别对某单自由度结构与不同延性的多层结构进行主余震序列分析,研究其累积损伤及抗震性能。分析结果表明本文提出的MASA方法简单实用,参数意义明确,为分析和评价结构在主余震序列或其他序列作用下的累积损伤及抗震性能提供了一种新的思路;应用该方法分析得知余震对钢筋混凝土框架结构的抗震性能影响显著,尤其是延性较低的结构,且其影响程度与主震震级直接相关。

基于IDA的低延性钢混框架结构抗震性能分析

我国地震灾难多发,其造成的人员伤亡和经济损失居世界之首。汶川地震震害表明依据不同时期抗震规范建造的结构抗震能力差异较大,其中建于1989年之前的结构抗震能力普遍偏弱。以此为基础,首先介绍抗震规范的发展,总结不同时期规范的差异性;然后针对既有结构中延性较低的钢筋混凝土框架结构,在OpenSees中采用IDA方法重点分析两类具有相同构件尺寸和配筋率但延性不同的结构的抗震性能,进而明确低延性结构的抗震薄弱环节。分析结果表明两类结构在同等地震作用下响应差别较大。在大震作用下,低延性结构易于发生脆性破坏,抗震性能较弱,尤其是抗倒塌能力远弱于新建结构。因此需要重视这类结构的分析方法和震前加固措施,以减少地震灾害造成的损失。

基于数值子结构方法的结构弹塑性分析

结合震害调研及数值分析可知,结构最终失效可能仅由部分关键构件破坏引起,大部分构件仍处于弹性或小变形状态。因此为提高计算效率,在结构全过程分析中一致采用非线性单元建模并非必要,同时为准确考虑关键构件的非线性响应,本文提出一种新的数值子结构建模策略。进入弹塑性状态后,针对一般钢构件或钢筋混凝土构件采用动态替换子结构方法在单元或截面层次将其替换成非线性单元或非线性截面,并基于OpenSees平台开发了两类新单元予以实现;针对可能发生严重损伤的关键构件,采用隔离子结构方法将其隔离并建立精细化分析模型,考虑主、子结构间不同尺度边界耦合,并推导了切线刚度的传递关系,采用Client/Server技术在OpenSees平台开发了一类新的接口单元予以实现主、子结构之间的信息传递。为验证新开发单元的合理性,分别以钢及钢筋混凝土平面框架结构为例,采用纤维单元、动态替换子结构方法以及隔离子结构方法建模进行静、动力分析。计算结果表明,采用本文提出的动态替换子结构方法与常规建模方法的计算结果完全吻合并且可大幅缩短计算耗时,随着荷载水平的增大,结构中受到动态替换的构件比例急剧增大,计算效率提高程度略有降低,但仍远高于常规模型;采用本文提出的接口单元可准确传递主、子结构间的界面信息,为隔离数值子结构方法在结构弹塑性分析中的应用提供了基础。

基于OpenSees的锈蚀RC结构底部节点性能研究

为了分析节点钢筋粘结性能变化对钢筋混凝土构件性能的影响,本文以框架底部节点为研究对象,对不同锈蚀率的节点性能进行分析。运用OpenSees中的Bond_SP01材料模型并结合零长度截面单元模拟节点钢筋的粘结滑移,不同锈蚀率下的Bond_SP01模型参数通过有限元建模的方法进行修正。对底部节点的数值模拟结果表明:锈蚀严重时,底部节点钢筋粘结滑移对构件性能的影响不容忽视;同时考虑节点钢筋粘结滑移和上部柱体钢筋截面损失两个因素时,钢筋屈服前构件性能主要受节点粘结性能变化影响,钢筋屈服后构件上部纵筋的截面损失对构件性能的影响开始显现,两者对构件整体性能的影响程度相当。所以,在进行锈蚀构件或结构性能分析时,有必要考虑节点性能的影响。

基于共轭梯度的极速学习机

极速学习机(ELM)由于具有较快的训练速度和较好的泛化能力而被广泛的应用到很多的领域,然而在计算数据样例个数较大的情况下,它的训练速度就会下降,甚至会出现程序报错,因此提出在ELM模型中用改进的共轭梯度算法代替广义逆的计算方法。实验结果表明,与求逆矩阵的ELM算法相比,在同等泛化精度的条件下,共轭梯度ELM有着更快的训练速度。通过研究发现:基于共轭梯度的极速学习机算法不需要计算一个大型矩阵的广义逆,而大部分广义逆的计算依赖于矩阵的奇异值分解(SVD),但这种奇异值分解对于阶数很高的矩阵具有很低的效率;因为已经证明共轭梯度算法可通过有限步迭代找到其解,所以基于共轭剃度的极速学习机有着较高的训练速度,而且也比较适用于处理大数据。

双肢剪力墙连梁截断式剪切型金属阻尼器抗震设计与分析

联肢剪力墙结构中连梁因跨高比偏小且受力复杂,在地震中常遭遇不同程度的损伤,为降低其损伤程度且便于震后快速修复,本文提出一种新型的连梁截断式剪切型金属阻尼器及具体的设计要求,应用工程力学理论推导阻尼器双线性模型的参数设计方法,然后程序化设计流程以便于工程应用,最后采用壳单元和纤维模型分别建模分析多层双肢剪力墙拟静力试验,对比安装阻尼器前后结构初始刚度、失效模式及耗能性能的变化。研究结果表明,本文提出的阻尼器及其设计方法可靠合理,在安装阻尼器后结构抗震性能得到明显提高;当结构抗侧刚度与极限承载力削弱在10%以内时,其延性增强程度及破坏模式改善的效果显著;针对连梁先于墙肢屈服的结构,阻尼器耗能占结构总耗能的比例与附加阻尼比均有较大提高,达到了预期的设计目标。

双肢剪力墙耗能连梁刚度对整体抗侧刚度的影响及分析

文章基于结构力学理论推导并经拟合得到形式简洁的双肢剪力墙顶点位移通用公式,定义了耗能连梁在剪切作用下弯曲刚度、剪切刚度、整体刚度影响系数及双肢剪力墙结构抗侧刚度影响系数,且重点分析连梁刚度的削弱程度对结构整体抗侧刚度的影响。研究结果表明剪力墙结构抗侧刚度影响系数与剪力墙整体系数α、轴向变形影响系数T及连梁刚度影响系数γk有关,且与连梁刚度影响系数的关系受侧向荷载分布形式的影响很小;对常见双肢剪力墙结构,当其刚度削弱程度小于20%时,连梁刚度最多可允许降低40%。该分析为连梁截断式剪切型阻尼器设计参数的确定提供了依据。

考虑P-⊿效应的框架结构弹塑性数值子结构分析

几何非线性是土木工程结构在强震作用下动力时程分析过程中必要的考虑因素。该文基于数值子结构方法,结合平面Euler-Bernoulli梁柱单元的几何大变形理论,将平面框架结构的非线性分析转化为线弹性主结构的弹性分析,并提出材料和几何非线性修正力项,作为等效为外荷载项施加于主结构以考虑结构的双非线性。最后,对一平面钢框架结构进行地震动力时程分析,分析结果表明考虑了双非线性的数值子结构方法具有良好的精确性与高效性;同时,几何非线性对结构动力响应具有重要影响。

基于数值子结构方法的低延性RC框架结构抗震性能精细化分析

该文以钢筋混凝土低延性框架结构为分析对象,总结该类结构及相关构件数值分析研究现状;基于桁架模型研究柱及节点组合体等关键构件的精细模型化思路与方法,并分别采用试验予以验证;以此为基础,借助在Open Sees软件中开发的数值子结构方法及平台,以汶川地震中严重受损的多层钢筋混凝土框架结构为对象建立精细化数值子结构模型,通过局部构件的精细分析研究其在强震作用下的抗震性能及失效模式。经该文研究表明采用桁架模型建立易于发生脆性破坏的柱及节点组合体等关键构件的精细化模型合理且准确;选择数值稳定且更适用的精细化模型与数值子结构平台分析涉及不同类型且易发生脆性破坏的低延性结构更具优势;针对低延性框架,不宜采用位移角限值作为结构性能评估的唯一判断依据,在分析中需考虑未达到目标位移前结构可能发生的脆性破坏模式。

低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能分析与评估

对抗震设防水平不高、抗震构造措施设置不足且已经服役多年的低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能的主要影响因素进行总结,在此基础上从构件层面逐一分析各影响因素的敏感性,采用有限元分析软件OpenSees建模分析、评估两类延性不同但具有相同尺寸及配筋率的结构的抗震性能,分别从结构与构件层面对比不同延性结构失效模式的差异性。分析结果表明,低延性结构抗震能力较新建结构差,但均满足现行抗震规范"大震不倒"的设计要求;当增强地震作用后,低延性结构的抗震性能远弱于新建结构,具体表现为延性低,耗能差,抗倒塌能力弱,易发生脆性破坏,结构低延性特征明显。

基于纤维模型的钢混框架结构拟静力试验数值模拟

为分析汶川地震中钢混框架结构的震害机理,清华大学和中国建筑学会建筑结构防倒塌专业委员会开展了一系列拟静力试验,以此为背景,基于纤维模型提出了考虑节点宏观模型的建模方法,并采用此方法在试验前后分别模拟了该系列试验。基于结构整体和局部信息对比了框架试验与模拟的结果,初步探讨了柱构件试验边界条件的合理性。研究表明,与其他模型相比,使用纤维模型能够更好地预测框架结构及构件的受力行为,尤其在考虑了节点区建模后可更准确地模拟结构的滞回行为;对于"强节点弱构件"类结构,分析中可不考虑节点区建模,若梁柱节点区配箍不足,则要考虑节点区的影响,建议针对特定的问题需选取合适的建模方法。

钢筋混凝土框架结构弹塑性数值子结构分析方法

大型复杂土木工程结构在地震作用下失效破坏可能由部分关键构件严重损伤破坏导致,而大部分构件仍处于弹性或小变形状态。该类结构的地震损伤和破坏全过程分析涉及超大规模系统强非线性动力分析,目前尚缺乏能很好兼顾效率和精度的计算理论,基于此,该文提出一种新型高效且实用的弹塑性数值子结构理论和计算方法,将大型复杂结构系统的大规模非线性计算问题转化为整体结构适度规模的线弹性分析和数量与规模均较小的局部隔离子结构非线性分析,其中,线弹性整体结构刚度矩阵的集成及LU三角分解仅需进行一次,大大提高计算效率;少数屈服构件的子结构非线性分析采用精细化有限元模型或不同类型单元模型,精确模拟构件局部损伤破坏机理,有效提高结构整体的计算精度。最后通过对一榀平面钢筋混凝土框架结构进行地震动力弹塑性数值子结构方法分析,验证其高效性与精确性。

基于OpenSees的钢筋混凝土梁粘结滑移数值分析

粘结滑移性能的数值分析是钢筋混凝土结构研究的热点,该文在总结现有粘结滑移本构关系的基础上,采用分离式思想在OpenSees中建立粘结滑移精细化分析模型,并通过拉拔试件与RC梁构件的数值分析研究梁中钢筋与混凝土的粘结滑移作用,同时考虑箍筋量对构件滑移分布的影响。经过该文分析可知,该数值分析模型具有一定的合理性,能较准确的反映出粘结应力、滑移等分布的规律;通过梁构件数值分析可知,其整体性能受到粘结性能、钢筋滑移量大小及箍筋配置等的影响,箍筋的配置对构件局部滑移会产生一定的影响,但对滑移的整体分布影响并不显著。