基于构件损伤状态的复杂建筑抗震韧性评价方法研究

传统建筑抗震韧性评价方法根据层间位移角判断结构构件损伤状态,适用于规则结构。为增强其对没有层概念的空间结构的适用性,提高楼层变形不均匀、扭转不规则结构的构件损伤状态判断的准确性,使之可以更灵活地适用于复杂建筑,该文采用基于材料应力-应变或构件转角的构件性能评价方法来判断构件损伤状态。以构件损伤状态为原始样本,通过对原始样本矩阵扩充产生大量构件损伤状态模拟样本,采用蒙特卡洛方法计算大量模拟样本的修复费用、修复时间及人员伤亡指标并进行概率分析得出韧性评价指标。为考虑地震动数目及非线性时程分析结果的离散性对抗震韧性评价指标的影响,评估韧性评价结果的可靠性,推导了韧性评价指标给定置信水平的置信区间的简化算法。通过一复杂框架剪力墙结构案例,验证了该文韧性评价方法的合理性与可行性。

基于不同评价标准的屈曲约束支撑-钢框架建筑抗震韧性评价研究

为量化建筑抗震韧性水平,系统化对建筑结构进行韧性评级,国内外逐步颁布了FEMA P-58、REDi、USRC、GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》四本韧性评级标准。为定量分析国内外相关标准在减震建筑韧性评价上的差异与共通之处,以一幢9层屈曲约束支撑-钢框架减震建筑为例,分别按照国内外标准开展韧性评价,计算其韧性评级、建筑修复费用指标、建筑修复时间指标以及人员伤亡指标。研究发现:GB/T 38591—2020中评级为一星的建筑,其韧性水准大致相当于REDi中的银级建筑及USRC中的三星建筑;设防地震作用下,按国际标准计算得到的修复费用指标比GB/T 38591—2020低60%;不同标准的建筑修复时间指标计算方法存在显著不同,按REDi计算得到的修复时间最长,设防地震作用下达到160 d,按GB/T 38591—2020计算得到的修复时间最短,为16 d;对倒塌概率较低的建筑,按GB/T 38591—2020计算得到的人员伤亡评价指标大于国际标准。此外,国内外标准韧性评价结果皆显示非结构构件损伤对建筑抗震韧性影响较大,应进一步加强对非结构构件基于性能的抗震设计研究。

基于《建筑抗震韧性评价标准》的既有高层剪力墙建筑抗震韧性评价

基于《建筑抗震韧性评级标准》GB/T 38591-2020,对某既有高层剪力墙建筑进行了抗震韧性评估,并对建筑抗震韧性评估的影响因素,包括评估过程考虑的不确定范围、结构构件易损性组的归并方式等进行了分析。结果表明:由于各抗震韧性指标的对数正态性不同,计算指标分位值应采取不同的方法;评估过程考虑的不确定性范围、结构构件易损性组的归并方式均对评估结果有一定影响;为此,本文建议抗震韧性评估时,评估过程考虑的不确定性因素范围及相应的指标限值应进一步探讨,不规则结构的结构构件易损性组不应进行归并。

高烈度区某RC框架-剪力墙结构减震前后抗震韧性对比研究

以位于8度区(0.30g)的某13层RC框架-剪力墙结构作为研究对象,基于《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020),对其减震前后的抗震韧性水准进行了对比分析。结果表明:结构在减震前的抗震韧性等级为零星,修复时间控制了韧性等级,加速度敏感型非结构构件的修复费用主导了总修复费用,结构构件的修复时间主导了总修复时间;采用黏滞阻尼器减震技术后,结构在大震下最大层间位移角和楼面绝对加速度峰值分别降低了23.5%和16.8%;结构构件的损伤得到控制,从而有效控制了结构构件的修复时间,结构抗震韧性等级提升至一星。虽然减震后的楼面绝对加速度也得到了较好的控制,但仍高于加速度敏感型非结构构件的损伤阈值,导致减震前后该类构件的修复时间和修复费用变化不大。

GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》与国际相关标准对比研究

建筑抗震韧性是指建筑结构在设定水准地震作用后维持和迅速恢复使用功能的能力。建立系统化的抗震韧性评价方法是建设抗震韧性建筑乃至韧性城市的重要组成部分。国际上从2012年起提出和发展了建筑抗震韧性评价方法,形成了多本韧性评价标准或指南。中国GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》于2020年3月31日发布,将于2021年2月1日起实行。为了对比GB/T 38591—2020与国际相关标准所评定的建筑抗震韧性水平,介绍了建筑抗震韧性评价方法的发展和基本流程,说明并比较了各标准计算韧性指标的不同策略,包括建筑修复费用、建筑修复时间和人员伤亡。采用算例说明了修复策略、次序和工人数量对建筑修复时间的显著影响,并对比了不同标准划定韧性建筑等级的判别标准。分析发现,GB/T 38591—2020在计算建筑修复时间、人员伤亡和判定抗震韧性等级方面与国际相关标准差别显著,且其所包含的不确信性范围小于国际相关标准。GB/T 38591—2020所评定的一星建筑的韧性水平约等同于或略高于REDi的银级建筑或USRC的4星建筑。

基于减震和隔震技术的既有RC框架建筑抗震韧性提升

既有RC框架建筑是现代城市的重要组成部分,其能否在震后快速恢复功能对于城市防灾至关重要。为了评估并提升城市的抗震韧性,应首先针对既有框架结构建筑开展韧性评价与提升相关研究。本文以既有RC框架建筑为基本研究对象,基于《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)评价了该建筑的抗震韧性水准,明确了经济损失、修复时间和人员伤亡情况。在此基础上,基于消能减震技术和隔震技术对该类建筑进行了抗震韧性提升,研究了两种技术对抗震韧性水准的影响规律,本文的研究成果可为既有RC框架建筑的地震韧性评价和提升提供重要参考。

既有建筑抗震韧性提升关键技术与应用

随着我国社会经济的进一步发展,人口、财富及生产力进一步向城市集中。但目前我国城市抵御地震灾害的能力明显不足,大量既有建筑在地震下遭受严重破坏,导致城市功能丧失,严重威胁着我国“新型城镇化”战略的实施。抗震韧性以控制地震灾害后果、提升功能可恢复能力为目标,为破解城市防震减灾难题提供解决思路。建筑是城市功能的重要载体,提升城市既有建筑的抗震韧性,是城市震后快速恢复功能的基础。面向我国既有建筑抗震韧性普遍偏低的基本情况,项目组历经多年技术攻关,在既有建筑“损伤机理”、抗震韧性“评价方法”、功能可恢复“设计理念”和抗震韧性“提升技术”四个方面开展了深入研究,取得了系列技术突破,支撑了多个抗震韧性工程的实践。

结构抗震韧性理论研究现状

随着经济社会的快速发展,实现结构抗震韧性已经成为国内外地震工程领域的共识和研究热点。从抗震韧性的起源与发展、韧性评估方法、单体建筑抗震韧性研究、韧性提高技术等四个方面总结和论述了结构抗震韧性研究进展现状。其中,韧性评估方法包含了对经典模型和各国既有抗震韧性评价标准的介绍;韧性提高技术主要介绍了摇摆及自复位结构以及可更换构件结构。由此提出了我国抗震韧性研究面临的问题与挑战,并对抗震韧性研究的发展趋势和方向进行了展望。

组合减震技术在建筑抗震韧性提升中的应用

对建筑进行抗震韧性评价是建筑抗震设计领域的重要发展方向。参考《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)中的评估方法,开发了抗震韧性评价软件,并对某高烈度区小学教学楼案例进行了建筑抗震韧性评价分析。考虑到建筑抗震韧性与结构在地震作用下的变形和加速度响应相关,提出在原方案基础上采用屈曲约束支撑和黏滞阻尼墙的组合减震设计方案以提高建筑抗震韧性。通过对结构震后修复费用、修复时间和人员损伤等指标进行评估,确定了两种方案对应的抗震韧性等级。结果表明,开发的抗震韧性评价软件可实现自动化蒙特卡洛扩展模拟与韧性指标评价;采用混凝土损伤因子与钢材应变作为损伤评价指标可适用于建筑抗震韧性评价;采用位移型阻尼器和速度型阻尼器相结合的组合减震方案显著提升了建筑抗震韧性等级。

基于试验现象的砖砌体墙体损伤状态划分及易损性研究

构件的易损性数据是建筑抗震韧性评价和地震损失评估的基础。然而,现阶段关于砖砌体结构地震易损性的研究大多聚焦在整体结构的维度上,相关评估标准中缺乏可用的砖砌体构件易损性数据。针对这一问题,本文首先搜集并整理了我国砖砌体墙体拟静力试验数据,以其中22个最具代表性的试件为样本,建立了砖砌体墙体拟静力试验数据库;其次,在众多常用的损伤状态划分方法中,选择最能反映真实损伤情况的宏观现象作为依据,基于试验现象分别定义了有/无构造柱砖砌体墙体的五种典型损伤状态,并给出了我国砖砌体墙体易性分析结果;最后,对比并分析了中美两国典型砖砌体墙体易损性的差异。研究结果表明:有构造柱的砖砌体墙体易损性低于无构造柱砖砌体墙体的易损性,特别是构造柱的设置显著降低了砖砌体墙体在地震中发生重度损伤的风险;中美两国典型砖砌体墙体易损性差异较大。

城市抗震韧性的研究现状及关键科学问题

第204期双清论坛'抗震韧性城市建设的关键前沿基础科学问题'围绕城市抗震韧性的研究现状、发展趋势及面对的挑战进行了深入研讨,与会专家一致认为:建设抗震韧性城市势在必行,提高工程、城市和社会的韧性能力已经成为国际工程界的共识,是国际防震减灾领域的最新前沿。论坛主要从以下4个方面,凝练了城市抗震韧性的关键科学问题以及重点研究内容:(1)韧性城市设计地震动参数及抗震设防;(2)城市单体工程结构的韧性体系与功能恢复;(3)城市工程系统功能恢复及韧性提升;(4)城市抗震韧性评价及设计。通过地震学、土木工程、社会学、管理学等多学科的交叉与融合,城市抗震韧性的研究必将助推中国土木工程由单一基础设施灾害安全迈向综合基础设施集群系统的灾害安全和功能韧性等创新和发展。

从WCEE看国内外韧性抗震梁桥研究进展

梳理和总结了第16、17届世界地震工程大会(WCEE)中关于韧性抗震梁桥相关的研究进展;分析了后张预应力摇摆自复位梁桥与其他新型韧性抗震梁桥体系的最新研究进展,总结了高性能材料在韧性梁桥中的应用研究,并介绍了国内外自复位梁桥的工程实践;介绍了自复位耗能装置和限位装置等韧性抗震梁桥结构中的可更换装置研究,讨论了附加可更换装置的梁桥结构抗震性能;总结了单体梁桥和桥梁网络的抗震韧性评估方法,探讨了韧性抗震梁桥结构的研究方向和发展趋势。研究结果表明:附加可更换耗能装置的后张预应力自复位梁桥是研究最为广泛的韧性抗震梁桥结构,且已建成了多座示范工程,该类结构在强震中的表现有待实际地震验证;需要结合高性能材料开发可更换装置新结构与新构造,在此基础上研究其与桥梁的合理连接技术及抗震设计方法;考虑性能退化、需求增加等多因素影响的既有梁桥结构抗震韧性评价方法和能力提升技术及其设计理论,是中国已建梁桥面临的突出问题。