可恢复功能复合结构体系基于复模态叠加法的响应分析和应用

可恢复功能复合结构体系利用黏滞阻尼等耗能机制可显著提高抗震韧性水平,同时导致其非比例阻尼特征更加突出,采用传统振型叠加法进行响应计算会产生较大误差。为建立该类体系面向抗震韧性的设计方法,该文在前期研究基础上,推导得到可恢复功能复合结构体系分布参数模型复模态正交性条件,建立了该类体系基础激励下动力响应的复模态叠加计算方法。在验证推导正确性后,将该方法应用于两个方面:传统振型叠加法响应计算误差分析和复合体系的设计参数选择。结果表明:相比于振型叠加法只在非比例阻尼不显著的情况具备较好的计算精度,复模态叠加法不仅可以更加准确地计算地震响应,而且可以量化黏滞阻尼对结构响应的控制效果,对于指导该类体系的设计具有参考价值。

功能可恢复RC框架-核心筒结构抗震性能研究

功能可恢复结构既能在地震中保障人们的生命财产安全,又能使得建筑在地震后尽快恢复正常功能,是基于性能抗震设计方法的研究热点和未来的发展趋势。合理地对剪力墙结构或者框架-剪力墙(核心筒)结构中的连梁进行设计或者使用高性能构件是实现该类建筑震后功能可恢复的有效途径之一。建立了一典型RC框架-核心筒结构的弹塑性分析模型,比较了连梁不同恢复力性能参数下RC框架-核心筒结构抗震性能的差异,研究实现整体结构功能可恢复目标时对连梁性能参数的需求,并且探索使用轻质楼盖结构体系后抗震性能的改变。研究结果表明:若将连梁设计承载力提高10%~30%,则模型整体的峰值承载力提高约3%~8%,罕遇地震作用下连梁损伤程度相比原始模型减小、墙肢损伤程度增大;若将连梁骨架曲线中的平台段长度或者屈服后的硬化段长度延伸,则模型整体的承载力提高,结构推覆曲线下降趋势更为平缓,新模型虽然在罕遇地震作用下结构的损伤状态没有明显改善,但在超越设防烈度的地震作用下的抗倒塌能力得到了提高;若将楼盖结构体系的质量减小约35%,则模型一阶周期减小约4%,大震下结构基底剪力减小约5%,结构抵抗大震的能力降低不明显,且竖向构件轴压力减小,构件延性提升,结构的抗震性能有所改善。

结构抗震设计的新概念——可恢复功能结构

可恢复功能结构是一种新型的减震控制结构,它不仅能在地震时保护人们的生命财产安全,也能帮助人们在大地震之后,尽快恢复正常生活,是结构抗震设计的一个理想的新方向.可恢复结构体系主要包括可更换结构构件,摇摆结构,以及自复位结构等.针对21世纪以来国内外可恢复结构体系的研究现状进行了综述分析,详细介绍了正在研究的两种双肢剪力墙可更换构件即可更换连梁与可更换剪力墙脚部构件的设计概念.

震后可恢复功能的预应力钢结构体系研究展望

作者从震后可恢复功能的钢框架体系、钢框架-中心支撑体系、钢柱脚、钢支撑、钢板剪力墙等5个方面对国内外研究现状进行综述与分析,指出了震后可恢复功能的预应力钢结构需要进一步深入研究的结构体系、构件和节点构造等关键问题.

可恢复功能剪力墙结构研究进展

近年来,可恢复功能结构逐渐成为了抗震工程研究的热点。可恢复功能剪力墙,主要包括:配合框架结构同时使用的摇摆或自复位剪力墙,通过摇摆减轻地震作用的破坏,通过自重或施加预应力使结构复位;应用于剪力墙结构中的可更换剪力墙,通过对破坏部位的更换实现结构功能的快速恢复。介绍了自复位剪力墙结构,摇摆剪力墙结构及可更换剪力墙结构的相关研究进展,对研究领域的成果和不足进行了总结,并指出研究领域中存在的空白。

从16届世界地震工程大会看可恢复功能抗震结构研究趋势

可恢复功能抗震结构是指地震后不需修复或者稍加修复就可恢复使用功能的结构,目前已成为地震工程领域一个新的研究方向,近年来受到了全球地震工程学者与工程技术人员的广泛关注。2017年1月在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会的主题为"可恢复功能-土木工程的新挑战"。本文从摇摆及自复位结构、带可更换构件的结构两方面对本次世界地震工程大会展示的有关可恢复功能抗震结构的国际研究进展进行了总结。按照结构体系的不同,介绍了可恢复功能抗震结构在框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、桥梁结构中的研究现状。大量的试验研究和数值模拟结果表明了可恢复功能结构优良的抗震性能。在此基础上,对该领域今后的研究方向进行了展望。

足尺宋式摇摆木构架恢复性拟静力试验研究

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下的结构特性。加载过程中,木柱刚体转动行为明显、柱架层变形集中,卸载阶段木构架能自主回到初始位置。试验结果表明:各级滞回环狭长且重叠,结构构件呈现出刚体运动的特征,结构整体具有一定位移恢复能力;残余位移介于0.28~2.53 mm间,两组位移恢复系数均大于87.1%,随控制位移的增加未出现显著降低,木构架的位移恢复能力良好;初始刚度在控制位移超过屈服位移后趋于稳定;柱架层变形是斗拱层变形的2.95~86.47倍,层间位移集中系数介于1.22~2.03间,且随控制位移的增加先增后降。

新型可恢复功能半刚性节点抗震性能试验研究

为了实现建筑功能的震后快速恢复,提出新型可恢复功能半刚性节点.新型节点主要由T形耗能板、带铰的预制梁柱和高强螺栓群组成.对4个该新型节点试件及1个同尺寸的焊接节点对比试件进行往复加载试验,考察新型节点的抗震性能,分析耗能区截面面积、长度、截面惯性矩对新型节点滞回性能的影响.结果表明:新型节点比焊接节点具备更好的承载能力、耗能能力和延性.在试验中,非弹性变形主要集中在耗能板,主体结构基本无损伤,更换T形耗能板能够快速恢复结构功能.不同耗能区长度、惯性矩表现出不同的破坏特征与抗震性能.提出简单的新型节点设计计算方法,可以有效预测各类新型节点在往复荷载作用下的受力性能与破坏特征;对比采用所提方法计算与试验记录得出的屈服载荷、极限载荷,两者最大误差分别为2.5%、12.8%.

钢框架-自复位SRC墙板结构的地震易损性分析

为了研究钢框架-型钢混凝土(SRC)自复位墙板结构的抗震性能,完成了钢框架-自复位SRC墙板子结构模型的低周往复加载试验,以研究其工作机理和失效机制。提出了基于宏观单元的非线性分析模型,并利用试验结果验证模型的准确性,研究结果表明该非线性分析模型能较好地模拟自复位SRC墙板的非线性行为。分别建立6层和15层钢框架-自复位SRC墙板结构的整体模型并进行增量动力时程分析(IDA)。以地面峰值加速度为地震动强度指标,以最大层间位移角为损伤指标,根据IDA结果得到不同极限状态下的易损性曲线,建立地震易损性矩阵,并对不同极限状态下结构的损伤风险进行了评估,研究表明:6层和15层钢框架-自复位SRC墙板结构在50年内的倒塌概率分别为0.138%和0.095%,远小于FEMA 750规定的1%,由此可见,钢框架-自复位SRC墙板结构抗震性能较好,并具备良好的抗地震倒塌能力。

可恢复功能结构体系和减震节点应用技术研究

可恢复功能结构体系是地震工程领域中的新挑战。对可恢复功能结构体系的设计原理、体系分类、恢复性指标等进行了研究,阐述了可恢复功能结构体系的优势和特点。结合可恢复功能结构体系的具体要求,提出了一套智能化的可恢复减震节点的设计、施工、监控方案,可为类似工程实施提供借鉴。

可恢复功能的摇摆结构体系研究综述

可恢复功能结构具备震时保护生命财产与震后快速恢复正常使用功能的优点,成为结构抗震设计的研究热点。其中摇摆结构体系通过放松结构构件与基础交界面处的约束,使结构在地震作用下发生摇摆,耗散地震能量并消除残余变形,其震后损伤程度轻,快速恢复能力强,展现出良好的抗震性能。文中介绍了摇摆结构的起源,梳理了其研究历程及发展概况,并进一步总结研究中的不足,为后续研究提供借鉴。

可恢复功能的预应力装配式钢框架动力弹塑性分析

针对提出的可恢复功能的预应力装配式钢框架结构体系,采用ABAQUS软件对其整体结构进行了模态分析和动力弹塑性分析,并与刚接框架及可恢复功能的预应力钢框架在不同水准地震动下的楼层基底剪力、层间位移角、残余位移角、等效塑性应变以及结构耗能等性能进行对比分析。研究表明:可恢复功能的预应力装配式钢框架在8度多遇、设防地震作用下基本保持弹性,在8度罕遇地震时结构主要依靠阻尼耗能和摩擦阻尼器耗能,非弹性耗能相对较少,减少了主体结构的塑性发展和损伤程度,具有良好的抗震性能和恢复结构功能的能力。可恢复功能的预应力装配式钢框架在层间位移角控制和减少主体结构塑性性能方面优于可恢复功能的预应力钢框架。

震后可快速恢复功能的双钢管混凝土柱试验研究

为研究外方内圆双钢管高强混凝土(CFDT)柱能否在大震后快速恢复其结构功能,完成了4个试件的拟静力试验,试件方钢管壁板宽厚比为24.7。结果表明,位移角达到1/100时,方钢管壁板未鼓曲,外观无损坏,不需修理即可继续使用;试件的水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角大于1/40;轴压比设计值为0.8及1.0的CFDT柱试件,其抗震性能基本相同;方钢管的加劲板与圆钢管焊接,使试件的极限位移角增大。

新型自复位混合摇摆柱可恢复功能性能分析

目的 提出一种带有可更换软钢耗能器的新型自复位混合摇摆柱(RHD-RRC),以解决传统框架在震后易损坏且不易修复问题。方法 利用ABAQUS软件建立了RHD-RRC有限元模型,并进行低周循环往复加载试验。通过滞回曲线、骨架曲线等分析其自复位能力、刚度退化及耗能能力等,进而对比分析普通摇摆柱和RHD-RRC的地震可恢复功能性能的区别。结果 与普通摇摆柱相比,RHD-RRC的滞回曲线饱满且平滑,具有良好的耗能能力和自复位能力,强度和刚度更高、且刚度退化和强度退化较为缓慢。结论 RHD-RRC良好的耗能能力和自复位能力可以实现框架结构的可恢复变形能力,以有效解决传统框架柱震后易损坏且不易修复的问题。

可恢复功能复合结构体系基于层间位移角谱的抗震设计方法

针对可恢复功能结构的抗震韧性设计,需解决震后功能恢复需求与抗震韧性能力之间的量化问题。为此,以层间位移角为主要设计指标,采用拓展弯剪双梁模型初步建立了可恢复功能复合结构体系基于层间位移角谱的抗震设计方法。在设防和罕遇两水准地震作用下,采用弹性设计计算和弹塑性响应估算的两阶段设计框架和流程。弹性阶段采用由层间位移角谱建立的震后功能恢复需求与抗震韧性能力之间的量化关系完成参数计算,弹塑性阶段进行响应估算完成位移与层间位移角的验算。基于概率考虑残余位移的性能评估表明:据此方法设计的复合体系可以实现两水准地震作用下的设计目标;相比无控结构,复合体系不仅在两水准地震作用下的层间位移角均值降幅达到50%和60%,而且在增量地震作用下残余变形和损伤分布均得到有效控制。

自复位支撑-摇摆框架结构体系抗震性能分析

简单介绍了可恢复功能结构,自复位支撑-摇摆框架结构体系作为一种新型的可恢复功能结构,拥有良好的平衡各构件之间变形的能力和自复位能力,具有很好的工程应用前景。在有限元分析软件SAP2000中对普通钢框架结构和自复位支撑-摇摆框架结构建立分析模型,并进行模态分析和非线性时程分析,通过对比2种结构的层间位移和残余变形,得出自复位支撑-摇摆框架结构具有良好的抗震性能、层间变形协调能力和残余变形小等优点。

锚栓屈服型可抬升柱脚节点抗震性能试验研究

为满足结构在震中安全且震后可修复使用的目的,设计了一种锚栓屈服型可抬升柱脚节点,该节点是一种半刚性节点,将柱脚锚栓的一部分作为节点的阻尼器,阻尼器为柱脚提供抗弯能力和可抬升能力,在地震时柱脚节点塑性变形主要集中在阻尼器上,震后通过更换阻尼器即可完成柱脚节点的修复。为此,设计一组普通外露式柱脚节点和锚栓屈服型可抬升柱脚节点进行对比试验,并通过拟静力试验,研究它们在低周往复荷载下的滞回特性、抗弯承载力、刚度退化、耗能能力等抗震性能,同时研究柱脚节点在更换阻尼器前后的抗震性能。研究结果表明:对比普通外露式柱脚节点,锚栓屈服型可抬升柱脚具有更好的耗能能力和变形能力,试件的损伤基本集中在可更换的阻尼器上,耗能模式和损伤机制较为合理。在进行修复后,除初期转动刚度略低于修复前试件外,整体抗震性能基本可恢复至震前水平。另外,该新型柱脚的阻尼器拆卸和更换较为简便。

带有拼缝阻尼器的自复位预制双肢剪力墙的耗能能力研究

为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力,针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器,该阻尼器可适应接缝附近的大变形,帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验,获得了该阻尼器的滞回曲线,验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能;使用Opensees把阻尼器放入预制双肢剪力墙中进行数值分析,发现所提阻尼器在不降低结构原本自复位性能的同时,大大提升了结构的耗能能力。同时,耗能主要由拼缝阻尼器承担,结构自身的耗能和损伤较小,有利于实现结构在震后的快速修复。

地震工程:从抗震、减隔震到可恢复性

近年我国地震工程研究的发展呈现从抗震、减隔震走向可恢复功能的趋势。地震可恢复功能可定义为:受到地震动输入扰动后,结构、系统、城市具有可恢复功能的能力。对于工程结构而言,地震可恢复功能结构不仅要求结构在地震作用下保护生命,而且要求结构在震后快速恢复,减少对正常使用的影响。该文首先介绍了地震可恢复功能的基本概念,围绕地震可恢复功能结构,从设防目标、规范标准、结构体系、设计方法、性能指标以及工程应用等方面阐述了可恢复功能结构的特点及其与传统抗震结构的区别,最后对可恢复功能结构的未来进行了展望。

刚度非均匀分布对可恢复功能复合结构体系动力特性的影响

为分析多层结构刚度非均匀分布对可恢复功能复合结构体系动力特性的影响,在均匀刚度模型基础上提出可恢复功能复合结构体系刚度非均匀分布模型。考虑复合体系中主次体系的刚度分布特征,分别将其简化为具有特定刚度非均匀分布的剪切梁和弯曲梁,次体系底部的摇摆、自复位和耗能机制分别简化为转动弹簧和转动阻尼。通过求解特征方程得到特征值和复模态方程,分析了刚度非均匀参数、剪弯刚度比、转动刚度参数和耗能参数对体系模态周期、阻尼比、位移、位移转角和层间位移集中系数等动力特性和响应的影响规律。结果表明,当刚度非均匀分布程度较严重时,复合体系高阶模态周期、模态阻尼比和层间位移集中系数等动力特性受影响明显,但对于刚度非均匀程度中等以下的情况,可以直接采用均匀刚度模型的动力特性进行分析并进行动力响应计算,可在一定程度上简化设计过程。