基于不同超强和延性下钢框架的抗倒塌储备系数

历次震害表明,建筑物在地震作用下的倒塌是造成地震灾害的主要原因,如何合理提高建筑物的抗倒塌能力是目前迫切需要解决的问题,也是对结构进行抗地震倒塌设计的基础。采用抗倒塌储备系数(CMR)方法,对钢框架的整体抗倒塌能力进行分析,通过结构的抗倒塌储备系数来衡量结构的抗倒塌能力。通过提高结构的延性和超强来提高结构的抗倒塌能力,考虑了梁对柱的约束程度、柱轴压比对结构抗倒塌能力的影响。

匹配不同目标谱对RC框架结构易损性和抗倒塌能力的影响

选取合适的目标谱进行地震动记录的选择与调整是结构易损性分析的基础。首先,基于条件均值谱不同的参数设定,选取3组地震动记录;其次,运用谱匹配方法分别对设计谱和条件均值谱进行匹配。输入匹配前后共9组地震动记录对5层钢筋混凝土框架结构进行多重地震动强度水平的增量动力分析,提取工程需求参数如最大层间位移角和最大残余层间位移角,进而分析谱匹配效果的偏差指标以及不同损伤状态下的易损性分析和结构抗倒塌安全储备系数(CMR)。分析结果表明:谱匹配方法可以有效减小结构易损性的离散性;地震动记录的选择与谱匹配的目标谱相同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T_(1),5%)值和CMR都未发生明显偏差;而当地震动记录的选择与谱匹配的目标谱不同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T 1,5%)值和CMR作为两个指标可能会得到不同的偏差结果。

增量动力分析方法在高层建筑结构抗地震倒塌可靠性评估中的应用

随着城市化进程的加快,高层建筑已成为城市建设的普遍方式。为确保高层建筑的安全,应对建筑结构的抗地震倒塌能力加以评估。传统的评估方法仅从建筑结构的整体性加以考虑,从而造成评估结果存在一定的误差,无法对建筑物的抗地震倒塌能力进行精确评估。基于此,文章以增量动力分析法进行可靠性评估,首先,计算高层建筑结构的抗地震倒塌储备系数。其次,通过增量动力分析法对高层建筑结构的抗地震倒塌能力进行可靠性评估。最后,通过实验与仿真进行可信度分析、准确度分析以及评估时间消耗分析。实验分析结果表明,增量动力分析法的可靠性评估结果可信度极高,评估准确度较高,评估工作所消耗的时间较短,具有极高的实际应用价值。

钢筋混凝土框架结构地震倒塌易损性分析

地震作用下建筑结构的抗倒塌能力是基于性能抗震设计的核心目标。为研究不同高度的RC框架结构抗倒塌能力,提出了基于结构抗倒塌储备系数(CMR)的钢筋混凝土框架倒塌易损性的研究方法。按照我国现行规范设计了几个多层钢筋混凝土框架结构,采用IDA的计算方法,得出不同高度RC框架结构相应的倒塌易损性曲线和归一化的倒塌易损性曲线。根据计算结果评价结构的抗倒塌能力和安全储备。

等倒塌设计抗弯钢框架的结构影响系数

为促进抗震设计所采用的结构影响系数能够定量实现"大震不倒"这一性能化抗震目标,按照中国抗震规范设计了3个具有相同的抗倒塌储备能力的抗弯钢框架,采用增量动力时程分析方法、并结合"等倒塌"设计准则,确定了抗弯钢框架的结构影响系数,给出了建议值。

多层钢框架倒塌储备能力的分析

为了评估钢框架结构的倒塌储备能力,按我国现行规范设计了4个钢框架算例,采用美国ATC委员会提出的CMR分析方法对钢框架结构倒塌储备能力进行了分析,得出其相应的倒塌储备系数和倒塌概率曲线。分析结果表明,平面、立面布置相同的多层钢框架,层数较多者其倒塌储备能力较层数少者弱;按8度(0.2g)抗震设防要求设计的多层钢框架在遭遇特大地震时倒塌储备能力不足。

Y型偏心支撑钢框架倒塌储备能力分析

为了评估Y型偏心支撑钢框架结构的倒塌储备能力,提出了一种针对于Y型偏心支撑钢框架结构的倒塌判定标准,并利用这个标准对不同设防烈度和不同层数的4个算例进行了IDA分析,得到了4个算例的倒塌储备系数和倒塌概率曲线。分析结果表明:相同条件按9度设计的Y型偏心支撑结构比按8度(0.2g)设计的结构倒塌储备能力弱,且层数越高其倒塌储备能力越弱。

隔震层屈服系数对RC框架结构抗倒塌性能的影响

为研究隔震层屈服系数对于RC框架结构的影响,评估这一参数下结构的抗倒塌性能,取用国内厂家常用的0~0.4区间内4个不同的屈服系数,对一5层基础隔震结构进行增量动力分析(IDA)和基于概率理论的易损性分析。IDA结果表明:结构在小的PGA下曲线呈一定斜率增加,此时结构呈弹性阶段,随着PGA的增大,IDA曲线斜率会趋向于0,结构损伤加剧,直至发生倒塌。研究易损性曲线,发现随着屈服系数的增加,结构在同一地震动下的失效概率会有所降低,且结构在小震下隔震层和上部结构均无破坏,罕遇地震下的结构隔震层会发生大部分破坏,上部结构发生小部分破坏,且隔震层的失效概率总是大于上部结构;利用抗倒塌储备系数评估结构的抗震性能,发现随着结构隔震系数的增大,结构的抗倒塌能力越强,且同时结构的抗倒塌性能增幅越大。

基于构件性能的掉层框架结构抗倒塌能力评估方法研究

归纳3种典型的基于构件性能的结构倒塌评判准则,基于结构动力失稳倒塌判定准则,定量分析不同倒塌判定准则的合理性及对确定掉层框架结构抗倒塌能力的影响。研究结果表明:掉层框架结构具有损伤集中于局部构件的特点,基于Park-Ang损伤模型的加权平均法有低估掉层结构的抗倒塌能力的趋势,不宜直接作为掉层结构倒塌判定准则;掉层框架结构存在发生柱剪切失效的风险,对掉层结构进行倒塌易损性分析时,可采用基于割集理论的失效模式方法偏保守地确定结构的抗倒塌能力。

地震动输入对中长周期结构抗倒塌性能评估的影响

以太平洋地震研究中心下载的800条地震动记录为研究对象,验证了PGV/PGA比值,震中距和震级三个条件作为近场脉冲地震动选取原则的合理性。根据此原则选取其中10条近场脉冲地震动,同时选取ATC-63推荐的10条近场脉冲地震动与10条远场地震动。考察了三类地震动基本信息、反应谱及与规范谱频谱特性的差异性,进而对9层Benchmark钢结构模型进行增量动力分析,通过易损性曲线和结构抗倒塌系数研究不同地震动对中长周期结构抗倒塌性能评估的影响。研究结果表明:在中长周期段,本文选取的地震动平均反应谱值远大于其余两类地震动与中美规范反应谱,且在速度与位移反应谱中更为明显;地震动的选取对中长周期结构的抗震抗倒塌性能评估具有较大影响,近场脉冲地震动对中长周期结构作用最显著,结构迅速达到倒塌状态。

影响RC框架结构抗地震倒塌能力的因素研究

基于有限元方法,采用"纤维梁模型+分层壳"模型,用增量动力时程方法,对RC框架结构抗地震倒塌能力的因素进行研究,可以得到如下结论:设计时尽量降低框架柱的最大轴压比,做到结构层间抗侧刚度均匀;并对多个设计模型比较,找到最优的最大层间位移角,使得结构设计的承载力、刚度、延性达到最佳匹配,增大倒塌储备系数C_(cmr),达到提高抗地震倒塌能力的目的。

脉冲型地震作用下 RC 框架结构抗倒塌性能研究

为研究脉冲型地震动特性对RC框架结构抗倒塌性能的影响,采用小波分解的方法并结合脉冲指标在PEER数据库中选取脉冲型地震记录和普通无脉冲地震记录各10条,对比分析两类地震动的加速度谱、有效峰值、90%持时及相对累积能量特性,进而对1个10层RC框架结构进行地震易损性分析。结果表明:脉冲型地震动加速度反应谱右移较为明显,脉冲型地震动的平均谱谱值在中长周期段内明显大于普通无脉冲地震动平均谱谱值;脉冲型地震动的累积能量在较短的时间内释放可能会对结构抗震性能产生较大影响;普通无脉冲地震动和脉冲型地震动作用下结构抗倒塌储备系数分别为4.59和1.93,与普通无脉冲地震动作用下结构的抗倒塌能力相比,脉冲型地震动作用下结构的抗倒塌能力降低58%,该RC框架结构在脉冲型地震动作用下更容易倒塌。

半刚接钢框架内填实体RC墙结构的地震易损性能评估

为评估半刚接钢框架内填实体RC墙结构(PSRCW)的地震易损性能及倒塌储备能力,考虑层数和抗震设防烈度影响合理设计了4个PSRCW结构基准算例,采用Latin超立方抽样方法考虑型钢、混凝土、钢筋等材料力学性能及内填RC墙体厚度几何尺寸的随机性,拓展为4组共计160个PSRCW算例.通过合理选取40条汶川地区实测地震记录,与每组40个PSRCW结构样本随机组合,构成了4组40个地震-结构样本对,通过弹塑性时程分析方法确定了PSRCW结构在“弹性极限”“完全运行”“运行”“生命安全”“接近倒塌”“倒塌”性态下的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,量化了PSRCW结构的倒塌储备能力.分析结果表明:PSRCW结构的倒塌安全储备系数在3.0~4.3之间,具有良好的抗地震倒塌能力.

基于CMR分析空间结构抗震倒塌设计研究

结构的抗震倒塌设计是否合理在极大程度上影响了结构在极端灾害下的抗倒塌能力,但目前尚缺少较为明晰的抗震倒塌设计方法。本文以网壳结构为例,提出了一种基于CMR分析的空间结构抗震倒塌设计方法。方法以目前国际上普遍采用的新一代结构抗震倒塌能力评价指标CMR为基础,在对CMR取值与结构倒塌概率关系进行综合分析的基础上,将其思想应用到空间网壳结构的抗震倒塌设计中。为更好地评价整个空间结构体系的抗震倒塌设计的安全水平,通过单层网壳结构验证了本文方法的实用性和可行性。

不同抗震等级RC框架结构抗地震倒塌能力的研究

为研究抗震等级对钢筋混凝土(RC)框架结构抗地震倒塌能力的影响,根据《建筑抗震设计规范》(GB50011―2010)分别设计了不同抗震设防烈度和抗震等级的20个典型RC框架结构,应用动力增量分析法对框架结构进行了倒塌易损性分析,并对比了不同抗震等级框架结构的抗地震倒塌能力。结果表明:框架结构的抗震等级对其抗地震倒塌能力有重要影响,同一抗震设防烈度下,随着抗震等级的提高,其倒塌概率不断减小,倒塌储备系数(CMR)不断增大,框架结构的抗地震倒塌能力不断提高。框架柱的轴压比、纵向配筋率和体积配箍率是影响框架结构抗地震倒塌能力的重要因素。

建筑结构平面形状对结构抗倒塌能力的影响

按照现行我国规范的要求,设计了平面形状分别为矩形和L形的2组钢筋混凝土框架结构,变化的主要参数分别为矩形平面的长宽比、L形平面的外凸长度与相应投影方向总尺寸的比值。采用OpenSees建立了各组结构的三维有限元计算模型,参考FEMA P695提供的方法对结构进行增量动力分析,得出了各个结构的最大层间位移角-与第一自振周期谱加速度值关系曲线,进而计算了罕遇地震时的抗倒塌储备系数CMR和倒塌概率,研究了上述各设计变化参数对结构抗倒塌能力的影响规律,并对比L形平面结构设置抗震缝与不设置抗震缝抗倒塌储备系数的变化情况。结果表明:矩形平面结构随着平面长宽比的增加,结构的抗倒塌能力逐渐降低;随着L形平面凸出长度与相应投影方向总尺寸比值的增加,结构的抗倒塌能力先增加、后减小,但总体变化不显著;对于平面形状为L形的结构,不设抗震缝的平面不规则结构与设置抗震缝的平面规则结构相比,结构的抗倒塌能力变化不显著,因此,从抗倒塌能力的角度看,对于L形平面建议不需要设置抗震缝。

不同设防水平钢框架结构抗地震倒塌性能研究

钢框架结构虽具有抗震性能优异的显著优点,但在强震作用下仍会不可避免的发生倒塌破坏,带来巨大的经济损失和人员伤亡。为保证钢框架结构的地震安全性,该文介绍了基于集中塑性铰模型的钢框架结构数值建模方法,进而基于增量动力分析(IDA)方法,开展了5个不同设防水平五层三跨钢框架结构的抗倒塌性能分析。结果表明:集中塑性铰模型可准确模拟钢框架结构的地震灾变过程,并能显著提升计算效率;相同平立面布局下,随着抗震设防水平提高,钢框架结构的倒塌变形能力限值不断增大,以相同层间位移限值评估相同平立面布局不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力并不合理;按我国现行规范设计的不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力满足“大震不倒”的抗震设防要求,但其抗倒塌储备系数随设防水平提高不断降低。

隔层桁架式立体停车结构地震倒塌易损性分析

采用基于增量动力分析的易损性分析方法定量地评估了隔层桁架式立体停车结构的抗地震倒塌能力.分析了结构在地震作用下的倒塌过程、倒塌机理,对结构在单向和双向地震作用下的抗地震倒塌能力进行了对比,并比较了不同层数结构的抗倒塌能力及安全储备系数.结果表明,该类型结构具有良好的抗地震倒塌性能,底层是结构抗倒塌薄弱层;随结构层数的增加倒塌概率增大、抗震能力减弱,但抗倒塌安全储备系数并不是随结构层数的增加而不断减小.建议针对该类型立体停车结构的设计可以考虑突破现行建筑结构规范高宽比的限值.

成都市规划展览馆辅楼抗连续倒塌评估(Ⅱ)——基于IDA的弹塑性动力分析

成都市规划展览馆辅楼因建筑功能需要,具有大跨度、大悬挑、竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续等结构特点。作为城市重要的大型公共建筑,需要评估其地震作用下的抗连续倒塌能力。首先,采用有限元软件Midas Gen建立有限元模型,并基于改进的IK骨架模型,模拟结构在地震作用下的非线性行为;其次,根据结构所在场地类型,选取20条地震动记录,并采用增量动力分析的方法对结构进行三向地震激励下的弹塑性动力分析,在此基础上,定义基于性能的结构倒塌判别准则,分别以结构最大层间位移角和梁端转角为结构损伤指标,根据增量动力分析结果对结构进行易损性分析;最后,根据结构整体的倒塌安全储备能力,评估结构的抗倒塌性能。研究结果表明:在7度罕遇地震作用下,结构发生侧向增量倒塌的概率为0.14%,发生竖向连续倒塌的概率为10.82%;在7度多遇地震和设防地震作用下,结构发生侧向增量倒塌和竖向连续倒塌的概率基本为0。同时,该结构的水平破坏倒塌安全储备系数为2.708,竖向破坏的倒塌安全储备系数为1.469。评估结果表明:该结构在地震作用下具有较好的抗连续倒塌性能。

基于结构等效周期选择和谱匹配地震动记录对RC框架结构地震易损性分析的影响

选择合适的地震动记录和地震动强度指标是结构地震易损性分析的基础。首先,分别以加速度反应谱S_(a)(T_(1))值和S_(a)(T_(eq))值为强度指标选取两组地震动记录各20条,并运用谱匹配方法对其进行基于目标设计谱的匹配;其次,输入匹配前后4组地震动记录分别对一个5层和一个11层钢筋混凝土(RC)框架结构模型进行增量动力分析,进而分析谱匹配方法以及不同强度指标对最大层间位移角、结构地震易损性、最大残余层间位移角和抗倒塌储备系数的影响。分析结果表明:输入谱匹配后的两组地震动记录,结构地震易损性结果的离散性明显降低且各损伤状态下50%超越概率对应的谱加速度S_(a)(T_(1),5%)和S_(a)(T_(eq),5%)未发生明显偏差;随着结构损伤程度的增大,以S_(a)(T_(eq))为强度指标可以更有效地减小易损性分析结果的离散性;以抗倒塌储备系数为参考指标,S_(a)(T_(1),5%)作为强度指标进行地震动记录的选取有可能高估结构抗倒塌能力,应考虑以S_(a)(T_(eq),5%)为强度指标更优。