考虑SSI效应的基础隔震框架结构抗震性态水平分析

目前针对于基础隔震结构的性态水平研究往往基于刚性地基假设,未考虑SSI效应对结构损伤的影响。因此,为研究柔性地基上小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平,本文以拟建结构为背景,利用ABAQUS有限元软件建立该小高宽比基础隔震结构建筑物的有限元计算模型,依据相关规范规定,选取El‑Centro波、Kobe波和卧龙波,通过改变土体等效剪切波速设计扩展出5种场地,分析了地震动特性、场地条件以及输入地震动加速度峰值对该结构地震反应的影响规律,对该结构的损伤程度进行了统计分析。结果表明:柔性地基上随结构‑土体相对刚度比的增大,基础隔震结构的上部结构损伤和隔震层损伤均增大,且上部结构的损伤明显滞后于隔震支座损伤,IV场地在同等条件下损伤最严重;中长周期地震波对于隔震结构损伤影响较大;选取了层间位移角、隔震层位移作为抗震性态水平的量化指标,基于计算结果,本文初步给出了两类指标与结构‑土体相对刚度比的预测公式,提出了不同类别场地下小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平划分及其破坏程度的物理描述。

钢筋混凝土核心筒性态水平及性能指标限值研究

结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准并根据核心筒结构破坏特征及抗震性能要求,文中在现行规范基础上进一步细分,将钢筋混凝土核心筒结构的性能水准划分为良好使用、暂时使用、生命安全和接近倒塌4个水平;基于混凝土连梁及剪力墙构件的受力、变形及破坏特点,分别提出了连梁及剪力墙构件对应于4个性能水平的失效判别标准和变形限值要求;在总结国内已有核心筒结构抗震性能试验研究资料的基础上,得出混凝土核心筒结构4个性能水平极限状态对应的层间位移角限值,为高层建筑结构的性能设计提供一定的理论依据。并结合高层结构性能抗震设计理念,提出混凝土核心筒结构基于性能抗震设计中有关性能指标限值尚需深入研究的问题。

型钢混凝土柱抗震性态水平及极限状态的讨论

文章在总结国内外SRC柱试验研究资料的基础上,得出SRC柱四个性能水平极限状态对应的位移角限值的分布范围。介绍了SRC柱的主要破坏过程,提出了失效判别参数和标准。讨论了轴压比、剪跨比、配箍率、配钢率四个参数对SRC柱位移角限值的影响。针对现有SRC柱抗震性能存在的问题,结合性能抗震设计理念,提出SRC柱基于性能抗震设计尚需深入研究的问题,为真正实现SRC结构基于性能的抗震设计提供理论依据。

中高层砌块砌体结构性态水平分析

基于性态的抗震设计(以下简称PBSD,国内也称为基于功能的抗震设计)理论在实际抗震设计中的广泛应用有赖于对其概念的完善。目前由于对各种结构体系没有一个统一的划分结构性态水平的标准,影响了这一理论的应用。为此,通过一个1/4比例的十层砌块砌体模型结构的振动台试验结果,分析了谈模型结构在输入地震动下结构的破坏程度,根据结构的破坏程度及试验过程中模型的动力特性的变化情况,初步确定了该类型结构性态水平的划分方法,并给出相应于每一个性态水平的描述性态的物理量的取值。

CSRC柱抗震性态水平的指标试验

通过8个1/2比例的核心型钢混凝土(CSRC)框架柱的抗震性能试验,研究轴压比和核心型钢配钢率对CSRC柱滞回特性的影响,以及CSRC柱在不同抗震性态水平的变形指标和抗震性能指标.结果表明,CS-RC柱具有良好的变形能力和滞回耗能能力,配置核心型钢可有效提高重载RC柱的抗震性能.对于运行和基本运行性能水平,可采用纵筋、核心型钢应变和试件荷载水平作判定参数;对于可修性态水平,可采用残余位移角作判定参数;而对于避免倒塌性态水平,可采用试件承载能力的衰减和滞回环的稳定状态作判定参数.

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构基于性态的地震易损性分析

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)是一种具有优良抗震性能的新型组合结构,非常适合高烈度地震区使用。以拟建在四川地区一幢5层PSRCW结构为例,考虑型钢、钢筋、及混凝土材料力学性能不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了80个PSRCW结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的80条地震记录来反映地震记录的不确定性,并同80个PSRCW结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得了80对PSRCW结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的结构性态水平,建立了以地面峰值加速度(PGA)、第1周期谱加速度(SA)、地面峰值速度(PGV)、及地震动输入能量(EI)表征的5层PSRCW算例在不同性态水平的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后此类结构的震害预测提供参考。

四川地区抗弯钢框架结构基于性态的地震易损性分析

为研究四川地区抗弯钢框架结构在设防烈度提高情况下的地震易损性能,按上一代抗震规范设计了5层、10层、15层在四川地区建造的3个抗弯钢框架结构,考虑了钢材强度、弹性模量、层高及跨度等主要参数不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了3组40个抗弯钢框架结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的40条地震记录反映地震输入的不确定性,并分别同3组40个抗弯钢框架结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得3组40对抗弯钢框架结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的钢框架结构的性态水平,建立了以结构第1周期谱加速度SA表征的抗弯钢框架结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,评估了原地震水准及地震水准提高情况下钢框架结构的抗震性能。此外,还建立了对应于现行抗震规范规定的多遇及罕遇地震水准结构层间位移角限值水平下抗弯钢框架结构的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后震害预测提供参考。

论谈基于性态的抗震设计

描述了基于性态抗震设计兴起的背景和概念之后,在分析其特点的基础上,从地震设防水准的确定、结构性态水平划分和抗震设计方法等三方面介绍了基于性态抗震设计的主要研究内容。最后指出基于结构性态的抗震设计是21世纪世界结构抗震设计发展的主流。

基于变形和能量双重准则的型钢混凝土异形柱地震损伤行为研究

为了研究型钢混凝土(SRC)异形柱地震损伤的评估机制,首先根据17个SRC异形柱抗震性能试验实测数据,建立该类结构柱基于性态的抗震设计量化指标;之后采用基于变形和能量的双重准则,结合异形柱结构的力学特性,通过引入组合系数的办法提出了适用于SRC异形柱抗震性能演化的Park-Ang修正模型。研究结果表明,型钢混凝土异形柱抗震性态水平可划分为5个等级,依次为正常使用、暂时使用、修复后可使用、生命安全和防止倒塌;在满足84.13%的概率保证率下各水平的柱构件位移角限值分别为1/700、1/150、1/100、1/50和1/35;提出的修正Park-Ang损伤模型能较好地反映型钢混凝土异形柱地震损伤的演变规律;通过控制损伤阀值,明确了型钢混凝土异形柱在各性态水平下的地震损伤评估依据。

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点地震损伤研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的地震损伤性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验研究,结果表明:节点核心区主要发生剪切斜压破坏,试件滞回曲线较为饱满,位移延性系数均值大于3.0,节点表现出较好的抗震性能。同时,基于最大变形和累积耗能的双参数准则,在Park-Ang地震损伤模型研究的基础上,通过引入组合系数α对该模型进行修正,计算节点的地震损伤指数,并以此评估分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点地震损伤性能的影响。结合试验研究,将节点的地震损伤性态水平划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌5类,并给出其相应的量化指标;在此基础上,建立不同性态水平下节点的损伤程度、破坏等级与量化指标的一一对应关系。研究结论可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗震性能化设计提供参考。

强震下单层球面网壳连续倒塌机理

以单层凯威特球面网壳连续倒塌全过程非线性仿真计算为例,通过对地震过程中结构构件变形、受力、损伤等参量发展特征的研究分析,提出单层球面网壳连续倒塌过程可分为3个阶段,阐述了结构连续倒塌全过程的机理.分析不同地震峰值加速度条件下这3个阶段中结构重心竖向位移的变化特征,在此基础上,提出了适用于单层球面网壳结构的性态水平描述,并建立基于结构重心竖向相对位移的损伤评估指数.这些工作对于空间结构强震下灾变机理的进一步研究有较好的参考意义.

基于能力谱的建筑物抗震能力研究——以汶川地震两栋钢筋混凝土框架结构抗震能力分析为例

建筑物抗震能力是抗震设计、鉴定加固和地震风险评估的基础,以往的研究大多集中于建筑物震害预测,而非着意于它们的抗震能力,更不能给出定量指标以衡量抗震能力。采用Push-over分析方法得到的能力谱进行抗震能力研究,基于性态设计的思想给出建筑物相对抗震能力的定义,建立能力谱与抗震能力指数的关系,采用定量指标评定建筑物在不同地震作用下的相对抗震能力,并获得定性的性态描述;再根据建筑物达到预期设防水平的能力给出建筑物绝对抗震能力的定义,对能力谱进行等面积双线性化形成滞回模型,建立滞回面积与建筑物绝对抗震能力的关系,可以不依赖于地震作用评估建筑物的绝对抗震能力,不仅能够比较不同建筑物抗震能力的差异,还能估计建筑物实现预期设防水平的能力。以汶川地震中一栋倒塌、一栋严重破坏的钢筋混凝土框架结构抗震能力分析为例,通过抗震能力分析结果和实际震害的对比论证了该方法的有效性。

基于破坏模式的改进剪力墙双参数损伤模型

由于单一的性能指标难以对复杂高层剪力墙结构进行全面的抗震性能评估,通过引入考虑结构首次超越破坏和累积损伤破坏的双参数损伤模型,借助构件或结构的侧移、能量等性能参数评估结构的损伤状态,但现有的剪力墙双参数损伤模型缺乏考虑剪力墙不同破坏模式对损伤模型计算的影响,不同破坏模式试件侧移与累积滞回耗能差异近1倍,采用同样参数计算易导致低估剪压破坏类型试件的损伤状态,以至于错误判断结构抗震性能.为了弥补现有损伤模型评估不足,结合32个剪力墙试验试件,分析不同破坏模式剪力墙试件极限位移与滞回耗能对损伤计算的影响,提出改进的剪力墙双参数损伤模型,使之适用于评估不同破坏模式剪力墙试件的损伤状态,同时以剪力墙裂缝控制、承载力变化和层间侧移为性能指标,建立剪力墙试件损坏程度、破坏现象与损伤指数的对应关系,提出改进的剪力墙性能水准划分标准,完善剪力墙损伤评估体系.最后通过低周反复试验试件验证了改进损伤模型的合理性.结果表明,本文提出的损伤模型计算曲线与试件实际损伤曲线吻合良好,能合理评估构件不同阶段的损坏程度,为进一步研究地震作用下剪力墙的损伤评估以及完善剪力墙性能化设计提供借鉴和参考.

强震下单层纵边支承柱面网壳连续倒塌模式及机理

对单层纵边支承单斜杆柱面网壳进行连续倒塌全过程的非线性仿真计算,通过对地震过程中结构构件变形、受力、损伤等参量发展特征的研究分析,提出纵边支承柱面网壳强震条件下的"双斜杆断裂带"连续倒塌模式,并把该模式分为三阶段,阐述了结构连续倒塌全过程的机理.分析了不同地震峰值加速度条件下这三个阶段中结构重心竖向位移的变化特征,在此基础上提出了适用于单层柱面网壳结构的性态水平描述,并建立基于结构重心竖向相对位移的损伤评估指数.

基于变形和累积耗能的型钢再生混凝土柱地震损伤模型研究

为研究型钢再生混凝土柱地震损伤性能,本文依据17个试件低周反复荷载试验研究结果,将型钢再生混凝土柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五个状态水平;以层间位移角作为该柱抗震性能控制指标,对试验数据进行数理统计分析,确定型钢再生混凝土柱不同性能水平下量化指标取值;结合型钢再生混凝土柱受力特征,对修正的ParkAng损伤模型进行改进,确定构件单调荷载下极限变形计算方法;采用多变量回归方法得到耗能因子的计算式,并分析设计参数对型钢再生混凝土柱耗能能力的影响规律,最终建立型钢再生混凝土柱基于变形和累积耗能的地震损伤模型,结果表明:型钢再生混凝土柱在破坏状态时的损伤指标计算平均值为0.986,接近1.0,离散性较小;故该损伤模型用于评价型钢再生混凝土柱的地震损伤性能是可行的;在此基础上,建立了型钢再生混凝土柱不同状态水平与损伤指数的对应关系,并确定了相应的损伤指数取值。上述结论可为型钢再生混凝土柱的抗震性能设计和地震损伤评估提供参考。