基于修正Park-Ang模型的RC剪力墙损伤指数研究

建筑抗震性能评估是基于性能的抗震设计的关键流程之一,要求构件性能点与构件损伤相关联。然而现有文献中对于构件损伤性能点的定义各有不同,且由于试验数据量过少,缺少基于试验数据的验证。为了促进建筑抗震性能评估的有效开展,本文从国内现有文献中搜集了160个RC剪力墙构件拟静力试验数据,建立了RC剪力墙构件试验数据库,对构件试验数据进行分析,根据构件破坏现象划分了5个损伤状态。研究了高宽比、配箍特征值和水平分布钢筋配筋率等设计参数的影响。根据试验数据,修正了Park-Ang损伤指标,可以同时考虑构件循环加载中的变形和耗能,可用于判定RC剪力墙构件损伤状态。标定了对应于不同损伤状态的损伤指数区间,研究结果可用于基于构件的抗震性能评估及易损性分析。

考虑主余震强度比和主震损伤状态的RC框架结构易损性分析

大量的地震灾害经验表明:余震可能会对结构造成不可忽略的“二次损伤”,然而目前国内外相关规范均未明确规定在结构抗震设计时需考虑余震作用。因此,本文以易损性为结构抗震性能评估方法,将余震纳入到易损性分析框架中。选取40条真实记录到的主余震序列作为结构地震输入,采用修正的Park-Ang损伤指数描述结构的损伤,从两种角度评估余震对结构易损性的影响:1)将主余震序列看成一条延长的地震动,直接作为结构的地震动输入,考虑4种主余震强度比IM_(A)/IM_(M)(IM即intensity measure),通过建立结构的概率地震需求模型,进行地震易损性分析。2)定义4种主震损伤状态,首先,将主震记录作为输入得到主震损伤结构;其次,对4种主震损伤结构进行余震倒塌易损性分析。研究结果表明:余震对增大结构的易损性,当IM_(A)/IM_(M)=0.5~1.2时,结构易损性曲线的中值IM_(M)平均降低了2.6%~26.7%;当经历主震后结构的损伤指数为0.1~0.7时,后续抵抗余震倒塌的能力降低了0.63%~22.6%。

基于能量或变形-能量双重准则损伤指数模型研究

Park-Ang双参数地震损伤指数模型自提出以来在地震工程研究领域获得了较为广泛的应用。Park-Ang双参数地震损伤模型并非尽善尽美,在综合大量试验及国内外大量文献的基础上论述了应用比较广泛的三种模型,分析了其各自的特点及适用范围,并通过分析一组钢筋混凝土框架柱试验数据及破坏现象,研究了框架柱损伤指数与破坏等级的关系,对损伤指数模型的应用前景提出了建议。

钢筋混凝土框架柱抗震性能试验及损伤指数分析

Park-Ang双参数地震损伤指数模型自提出以来,在地震工程研究领域获得了较为广泛的应用。文章通过3种不同轴压比的钢筋混凝土框架柱的低周反复试验,分析了试件的破坏形式、整体变形的特征、骨架曲线及耗散能力系数,并对修正Park-Ang损伤模型所得出的试件损伤指数进行了计算比较,分析了轴压比的大小对框架柱的影响,并对混凝土构件试验和损伤指数未来研究的方向提出建议。

基于Park-Ang的结构整体损伤模型研究

结构的整体损伤指数能够有效量化地震作用下结构的损伤程度,在地震工程领域中起着至关重要的作用。文中基于构件层次的Park-Ang损伤模型,提出了考虑结构最大层间位移角和滞回耗能共同作用的整体损伤模型。使用多次增量动力分析得到百分位曲线和能力曲线簇,并根据该曲线得到结构的最大层间位移角限值和极限应变能。采用Sausage软件建立了237.6 m的60层带伸臂桁架的框架—核心筒结构,并通过一组主震及主余震地震动序列的动力时程结果,分析比较了本文整体损伤指数与基于层间位移角、Dipasquale损伤指数进行比较验证。结果表明:主震及主余震下Dipasquale的结构损伤指数仅为0.275和0.278,严重低估了结构的实际损伤。而本文建议的整体损伤指数主震下为0.82,与基于层间位移角的损伤指数模型得到的结果0.78接近,且主余震下结构整体损伤指数为0.83,能够体现余震作用下的损伤增量,与结构弹塑性结果保持一致。因此,本文提出的整体损伤模型是准确有效的,能够为结构的损伤评估研究提供参考。

复杂结构在重复地震序列作用下的损伤性能研究

为了研究复杂结构在多序列地震作用下的累积损伤效应,针对一实际建筑——法门寺合十舍利塔进行了重复地震作用下的弹塑性时程分析,分别采用基于位移和基于Park-Ang损伤模型的指标分析结构在多重地震序列下的损伤累积效应。研究结果表明:基于位移的单参数损伤指标无法较真实地反映结构在重复地震下的累积损伤效应,而基于位移和能量组合的Park-Ang损伤模型指标能较为合理地反映结构的这种累积效应;前次地震作用产生的残余变形对结构在后续地震中的响应有很大的影响,因此计算有损结构的损伤指数时,应考虑结构的初始残余变形对损伤指数的影响。

钢筋混凝土框架柱损伤模型对比分析

随着基于性能抗震设计理论的发展,损伤模型在建立性态目标量化准则方面受到重视。本文对6根不同轴压比的钢筋混凝土框架柱进行低周反复试验,计算了各构件分别采用基于刚度的破损指标和基于位移及耗能的破损指标,并与试验现象进行了对比。分析结果表明,基于位移及耗能的改进Park-Ang模型能较好的反映框架柱各破坏阶段的损伤程度,而基于刚度变化模型能较好的反映框架柱不同位移幅值下的损伤程度,但对后期破坏定义太笼统。

考虑损伤累积的两次续发地震作用下钢筋混凝土框架结构整体损伤评估

针对结构整体损伤的评估,文中采用一个新的损伤模型即Ebrahimian模型,该模型只需提取相应的工程需求参数,如层间位移角等,即可计算结构的整体累积损伤。为验证该损伤模型的有效性,通过采用该损伤模型和应用较广泛的改进的Park损伤模型,研究分别在一次单一地震和两次续发地震作用下结构的损伤并进行比较,并以6层3跨RC框架结构为算例,分别针对2种单一地震工况和4种两次续发地震工况计算结构的损伤。研究结果表明:采用Ebrahimian损伤模型选取的参数较少,计算简便,由该模型计算的结构整体损伤变化趋势与改进的Park损伤模型相近,说明该模型可以较好地描述结构的整体损伤。与一次单一地震作用相比,两次续发地震作用下RC框架结构累积损伤效应明显,损伤水平显著提高。因此,在结构抗震分析设计中,有必要考虑可能的余震作用的影响。

配高强纵筋的混凝土墩柱的地震损伤模型

本文在引入表征高强钢筋数量的预应力度的基础上考虑最大变形和累积能量耗损的非线性组合,提出了适应于配有高强纵筋的混凝土墩柱的地震损伤模型。为验证该模型的正确性,采用有限元软件ANSYS模拟了配有不同数量的高强纵筋混凝土墩柱的滞回曲线、裂缝发展过程以及破坏情况,通过与Hindi和Sexsmith建议的混凝土墩柱的破坏等级相对照,验证了所提模型的正确性。通过将所提的损伤模型与现有的几种典型的混凝土墩柱的损伤模型作比较分析表明,所提的地震损伤模型比其它的地震损伤模型更能准确地表达配有高强纵筋的混凝土墩柱的损伤特征,与实际更相符合。

基于数值模拟的钢筋混凝土梁损伤分析

选取项目组制作的2根钢筋混凝土悬臂梁,基于ABAQUS进行了低周往复非线性分析,得到钢筋混凝土构件的受力和变形特点,并基于修正的Park-Ang损伤模型,计算其损伤指数,通过将模拟结果与试验结果进行对比,说明利用合理数值模型与损伤模型计算构件的损伤指数,可以很好的反映钢筋混凝土构件的损伤情况。

利用等效塑性铰模型对Park-Ang双参数地震损伤模型的改进

Park-Ang双参数地震损伤模型近似考虑了首次超越破坏和塑性累积损伤破坏联合作用的破坏机理,兼顾了最大变形和能量两种破坏准则,在基于性能的抗震设计中受到关注.既有的Park-Ang改进模型（M-Park-Ang模型）通过引入低周反复荷载作用下钢筋混凝土墩柱构件疲劳寿命方程和与加载路径有关的能量项加权因子,并结合构件极限滞回耗能与位移延性系数的关系,已能近似考虑加载路径的影响.M-Park-Ang模型引入了固定的临界位移延性系数以通过能量项考虑低周疲劳损伤效应,从而使大剪跨比墩柱试件的适用性受到了限制.本文利用墩柱拟静力试验数据,基于等效塑性铰模型对M-Park-Ang模型进行了修正,将临界位移延性系数与截面曲率延性系数相联系,使改进的M-Park-Ang模型（M-Park-Ang模型（N））能够考虑截面层次的破坏机理.墩柱试验结果验证表明,当试验试件尚未达到中等破坏状态时,M-Park-Ang（N）模型对其损伤的评估结果略偏小;而一旦进入中等破坏阶段以后,M-Park-Ang（N）模型的计算结果能体现试件破坏过程快速增长的趋势;M-Park-Ang（N）模型考虑墩柱剪跨比影响计算临界位移延性系数,对不同高度墩柱都具有较好的适应性.

配筋工程水泥基复合材料复合受扭柱抗震性能研究和损伤分析

为研究配筋工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,对11根配筋ECC试件和1根钢筯混凝土(Reinforcement Concrete,RC)试件进行拟静力试验,探究轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、纤维含量、原材料等参数对抗震性能和损伤指数的影响。结果表明:相较于RC柱,ECC柱的抗变形能力更强,复合受扭承载力和抗震性能也有显著提升;达到极限位移后ECC柱的扭矩下降平缓,其损伤进程也较为缓慢;对于ECC试件,适当提高轴压比、扭弯比、剪跨比和纤维含量能够有效抑制地震作用下构件的损伤;配箍率对于ECC柱的复合受扭承载力影响不大,但配置箍筋是必要的。

基于修正Park-Ang模型的型钢混凝土异形柱框架节点地震损伤研究

为了研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架节点的地震损伤评估,考虑Park-Ang损伤模型存在数值收敛性差及适用范围受限的不足,结合异形柱结构力学特性,通过引入组合系数提出了适用于SRC异形柱框架节点地震损伤的Park-Ang修正模型。根据低周反复荷载作用下SRC异形柱框架平面与空间节点的实测滞回数据,确立了组合系数的计算方法,并对各试验影响因素进行了损伤演化分析。研究结果表明:SRC异形柱框架节点的修正Park-Ang模型损伤指数最大接近1.0,较好地满足了数值收敛性,且理论上更为合理;当水平加载角为45°时,T形截面柱空间节点的损伤水平最低,而十形截面柱空间节点则与之相反;在一定范围内,增大轴压比能延缓SRC异形柱框架节点的地震损伤;配钢形式对平面节点的损伤影响不大,对于空间节点的损伤水平的影响,配槽钢试件的比配T形钢试件的大,配空腹式钢试件的比配实腹式钢试件的大;L形截面柱的节点损伤程度较十形截面柱的大,而十形截面柱的节点损伤发展与累积则远大于T形截面柱节点。

CRTSⅡ型轨道板/CA砂浆界面内聚力模型研究

轨道板与CA砂浆层间离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的主要病害之一。为描述轨道板-CA砂浆层间界面本构行为、揭示层间离缝机理,该文提出了一种改进指数型界面内聚力模型,并基于理论分析和试验数据确定了改进模型的参数取值。该模型为含有指数系数的分段函数,可以表征层间界面拉力-位移关系的非线性特征。研究结果表明:改进指数型内聚力模型可以高效计算轨道板-CA砂浆界面内聚强度、损伤萌生时界面相对位移和界面临界断裂能,结果与试验值基本一致;改进指数型模型可以较为准确地模拟轨道板-CA砂浆界面的法向和切向开裂行为。

主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构损伤分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生"二次损伤"。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余震序列对结构造成累积损伤及余震对结构造成的增量损伤进行了研究。选取75条真实主震及其余震记录构成序列型地震动输入。同时,采用真实主余震序列中的主震记录,分别采用重复法和随机法两种人工余震构造方法,构造两组人工主余震序列作为地震输入。采用改进的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对结构在主震及其在真实和人工主余震序列作用的损伤进行计算,并对余震产生的结构增量损伤进行评估。进一步以峰值加速度、谱加速度、Arias强度作为主震和余震强度参数,研究了余震与主震强度比与余震增量损伤之间的相互关系。分析结果表明:基于随机法的人工主余震序列会对结构造成最显著的增量损伤;采用余震和主震强度比可以较好地预测余震增量损伤的显著性。

主余震序列型地震动的增量损伤谱研究

为定量评估余震对主震损伤结构所造成的二次损伤,该文对主余震序列型地震动的增量损伤谱进行了研究。挑选533条真实主余震序列作为输入,采用Park-Ang(1985)损伤指数定义地震损伤,通过计算结构在主震和主余震序列作用下的损伤差值,定量评价余震对结构所造成的增量损伤。研究结果表明:余震对主震损伤结构所造成的增量损伤的变异性较强。某些主余震序列会对结构造成非常显著的增量损伤,而某些主余震序列却不会对结构造成明显的增量损伤。相比于短周期结构,中长周期结构在主余震序列作用下的增量损伤更大。若主震卓越周期高于余震卓越周期,则该主余震序列可视为不利主余震序列,对结构可能造成较大增量损伤。

型钢混凝土柱的损伤模型试验研究

为提出适合型钢混凝土(SRC)柱应用的损伤指数计算模型,基于SRC柱试件的低周反复加载试验结果,采用修正Park-Ang模型对课题组已完成的14个SRC柱试件进行了不同位移角幅值下的损伤指数计算对比分析。计算结果显示,修正Park-Ang模型在计算SRC柱损伤指数时离散程度较大,不能反映型钢的影响。基于试验结果,提出了SRC柱在不同性态水平下的损伤指数建议值和考虑配钢率影响的SRC柱双参数损伤指数计算模型。与试验结果的对比显示,该模型可以合理的反映不同参数SRC柱的损伤发展过程,可为SRC结构基于性态的震损评估提供参考。

高强钢筋高强混凝土柱损伤模型试验研究

该文主要研究了轴压比系数和体积配箍率等因素对配有高强钢筋高强混凝土柱滞回特性的影响和配有高强钢筋高强混凝土柱在不同抗震性态水平条件下的变形指标。通过试验结果分析了配有高强钢筋高强混凝土柱试件的破坏形态、变形能力、滞回特性等抗震性能指标。基于配有高强钢筋高强混凝土柱试件的低周反复加载试验结果,该文采用修正Park-Ang模型对12个配有高强钢筋高强混凝土柱试件进行了不同位移角幅值下的损伤指数计算对比分析。基于不同性能水平下的变形和相关参数试验结果,提出了以裂缝宽度和纵向钢筋应力水平、残余变形、极限转角分别作为正常使用、可修和避免倒塌等性能水平的评定参数,并建议了相应性能水平的限值。与试验结果的对比显示,该模型可以合理的反映不同参数高强混凝土柱的损伤发展过程,可为高强混凝土结构基于性态的震损评估提供参考。