基于地下结构整体损伤表征的复合地震动参数构造及其性能验证

在地下结构抗震设计中,不同的输入地震动引起的地下结构响应有显著差异,因此,合理通过地震动参数选择输入地震动是正确开展地下结构抗震设计的重要前提。针对单一地震动参数难以表征地下结构地震动潜在破坏势问题,文章构造了能更好表征地下结构损伤破坏的复合地震动参数。具体开展了以下工作:提出基于变形与滞回耗能的地下结构整体损伤指标作为结构需求参数,以定量化评估地下结构的整体破坏状态。选取64条真实地震动记录作为输入地震动,开展四层三跨地铁车站地震弹塑性动力时程分析。基于分析结果提供的数据样本,采用偏最小二乘法从统计角度构造复合地震动参数。最后,选用100条真实地震动记录开展两层三跨地铁车站弹塑性动力时程分析,对文章所构造的复合地震动参数进行验证。对比分析复合地震动参数、12个常用地震动参数与地下结构整体损伤指数的回归统计特征。结果表明:复合地震动参数与结构需求数之间具有更好拟合优度值,其Pearson相关性、有效性也优于单一地震动参数。

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。

主余震序列对重力坝整体损伤破坏影响研究

目前针对主余震序列对重力坝整体损伤演化影响的研究较少,该文以我国某重力坝工程为研究对象,根据混凝土与岩体材料的相似性,将混凝土塑性损伤模型推广到岩体材料,建立了考虑坝体—坝基整体塑性损伤的二维有限元动力计算模型,从损伤分布、能量耗散及残余变形三方面研究了主余震序列对大坝整体损伤破坏的影响。结果表明:强余震作用下,重力坝坝体及坝基均会发生明显的二次破坏,且余震对坝基的损伤破坏影响程度要大于对坝体的影响;考虑坝体-坝基整体塑性损伤后,与重力坝实际震害情况更为符合,坝体损伤部位主要位于下游折坡处,而坝踵混凝土应力得到释放从而不会产生损伤;坝踵附近的坝基是抗震薄弱部位,强震作用下坝基损伤破坏程度要明显大于坝体。

高层混合结构地震整体损伤指标研究

首先基于模态参数,给出高层混合结构在四个损伤状态下的最终软化指标;然后用非线性分析软件CANNY对9个不同结构参数高层混合结构模型进行了近500次不同地震动作用下的非线性时程分析,建立了最大层间位移角与最终软化指标及结构参数之间的关系,以及最大层间位移角和最大总位移角之间的关系;并结合Pushover分析,提出了高层混合结构基于变形和能量的双参数损伤指标,最后通过一高层混合结构的模拟地震振动台试验对建议的各损伤指标量化值进行了验证.

基于两次POA的整体损伤模型

POA分析是一种结构非线性地震响应的简化方法。针对材料、构件和结构层次的损伤模型存在着脱节问题,本文提出基于两次POA分析的整体损伤模型,通过结构受损前后等效刚度的衰减来综合考虑结构刚度、强度和延性的退化,并通过算例验证该模型。

POA法中三种常规加载模式对结构整体损伤的影响

选用三种具有代表性的常规加载模式,运用POA法对某13层框架-剪力墙结构的整体损伤模型进行计算和损伤性能评估,分析了不同加载模式下对结构整体损伤的影响。

脉冲型地震作用下重力坝整体损伤破坏研究

已有研究表明,脉冲型地震动对结构抗震安全具有显著影响。目前,对脉冲型地震动作用下混凝土重力坝整体损伤特性则缺乏研究。基于Koyna重力坝工程实例,建立了能够合理反映坝体混凝土、坝基岩体动态损伤演化过程的多耦合仿真模型;从NGA-West2强震数据库中选取脉冲型和非脉冲型地震动记录,并比较分析了其反应谱特征;研究了脉冲型地震动作用下重力坝整体损伤演化规律,包括损伤区域、耗能特征和位移响应等。结果表明:脉冲型地震动对混凝土重力坝坝体和地基的整体损伤破坏有显著影响,能够引起重力坝体系较大的能量耗散和位移响应;地震动结束后,经受脉冲型地震动作用的重力坝坝头部分残余变形明显大于非脉冲型地震动,对坝体下部残余变形影响较小。

钢筋混凝土框架结构整体损伤模型分析

随着结构弹塑性分析方法的不断深入,在POA法基础上的发展起来的APOA法能综合考虑高阶振型的影响、振型组合方式、侧向荷载的更新方式等,克服了POA法的不足,具有更广的应用性。文中利用SeismoStruct软件采用APOA法对某框架结构进行分析,并根据其计算结果采用三种整体损伤模型对结构进行损伤评估。

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。

RC框架结构基于两次Pushover的整体损伤指标计算

该文针对钢筋混凝土框架结构,利用推覆时程分析(Pushover)得到地震发生前后结构的刚度变化,通过比较地震发生前后结构整体刚度以得到一种结构整体损伤指标。通过算例分析表明,本方法能够快捷有效地计算RC框架结构的整体地震损伤指标。

基于OpenSEES的填充墙钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

近年来,地震作用下主体结构未发生倒塌,但填充墙倒塌的现象时有发生。因此,对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构地震损伤评估的研究非常重要。为获取表征整个结构的地震损伤值,使用加权系数对构件层次地震损伤值进行加权,从而获得楼层损伤和整体结构损伤。设计六层三跨的填充墙RC框架结构,并通过OpenSEES有限元模拟平台对填充墙RC框架结构进行地震损伤分析,通过计算结构构件损伤、楼层损伤和整体损伤值,以此来判断结构薄弱层位置和损伤状态,用以确定在结构抗震设计中是否需要对薄弱位置进行加强设计。

地震作用下框架整体与局部损伤的相关性

根据框架结构耗散塑性变形能与存储弹性变形能能力的损失界定结构的整体损伤,根据塑性铰耗散塑性变形能能力的损失来界定局部损伤,并以拟力法为基础推导了局部损伤与整体损伤的解析表达式,进而讨论框架结构局部损伤与整体损伤的相关性。研究表明,控制框架结构整体损伤的手段有:减小局部损伤区域的强度衰减、提高局部损伤区域的极限转动能力和减小局部损伤区域的残余变形。其机理是通过提高局部损伤区域的耗能能力与约束能力来提高整个结构耗散与存储地震能量的能力;框架结构整体损伤与局部损伤的加权值较为接近,可以采用框架局部损伤的加权值来近似估计结构的整体损伤值。

无砟轨道结构层间损伤识别技术研究进展

无砟轨道在长期服役过程中受到列车荷载和复杂环境的耦合作用,会发生材料性能衰退、结构损伤累积,导致其服役性能逐渐劣化.综合论述中国板式和双块式无砟轨道常见层间损伤的表现形式和产生的原因;总结探地雷达法、冲击回波法及其他局部损伤识别方法在无砟轨道损伤识别中的应用情况,提出结合多种局部损伤识别技术是实现轨道局部损伤精准识别的关键;归纳基于模态参数、无砟道床振动信号及车辆振动信号的整体损伤识别技术,指出须扩充现场损伤检测样本以提高识别方法的泛化能力;详细分析各类识别方法的优势和局限性,为完善中国无砟轨道结构损伤识别技术体系和制定科学合理的维修策略提供指导.

浅析竖向不规则布置填充墙框架结构的整体地震损伤评估

本文采用与延性有关的能力谱法,研究了相同数量填充墙沿竖向的不同布置而引起框架结构的抗震性能变化。结果表明:相同数量的填充墙在竖向布置位置的不同会影响框架结构的地震动作用的整体损伤值。与均匀布置比较,填充墙非均匀布置结构的整体损伤值更大;填充墙布置于顶层的结构,在地震作用下破坏较严重。

采用动力响应推演及耗能差率的震损结构损伤演变快速评估

准确且切实可行的损伤评估方法可对震损结构的损伤程度进行量化,并为结构修复加固提供有效指导。针对实际工程条件以及已有损伤评估或识别方法在精度和可行性方面的不足,在传统弹塑性耗能差损伤评估方法上提出通过剪力比值消除质量影响的广义损伤评估方法,仅以地震信号和结构动力响应即可实现对结构损伤的动态评估。在此基础上,提出用前震信号和Kalman滤波识别技术推演结构理想弹性响应,并利用主震信号实现结构整体和楼层损伤快速评估的方法。以钢混框架结构为例进行验证,结果表明:所提出的震损结构整体及层间损伤评估方法能够准确反映结构损伤的动态演变过程以及薄弱层的分布。与传统弹塑性耗能差方法以及基于频率变化率的损伤评估方法对比,所提方法具有良好的工程实用性,可为实际震损结构损伤快速评定提供有效支持。

古塔结构整体性损伤检测的微动测试技术应用研究

在古建筑结构保护中,无损伤或微损且便携快速的高精度检测手段以及识别结构损伤的方法一直是重要的研究课题。本文基于古塔结构的动力特性,建立了基于模态信息的古塔结构损伤识别方法,采用损伤前后结构的低阶模态信息差异进行损伤定位和损伤程度评估。首次用将该方法对典型砖木混合古塔结构——上海市松江方塔开展了研究。采用微动测试技术,获取损伤结构的动力特性参数(模态信息),采用数值方法计算获取结构未损伤模型的特征值。对测试参数及计算参数进行统一物理量的数据归一化处理后,利用结构的单元刚度矩阵作为诊断项,根据损伤表征向量进行了损伤定位及损伤程度评估。通过微动测试技术评价的结构整体损伤与以往的历史记录及测绘结果进行比较,得出结构7层、8层刚度损失最大,达到0.56,其次为第9层,达到0.78。

基于构件的钢筋混凝土核心筒结构地震损伤分析

为了研究地震作用下钢筋混凝土核心筒结构的损伤,基于低周反复荷载作用下钢筋混凝土剪力墙及连梁的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑局部损伤向整体损伤迁移转化的多尺度效应,建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤三者之间迁移演化规律的钢筋混凝土核心筒地震损伤模型。结合试验结果,对损伤模型的有效性进行了验证,并给出了钢筋混凝土核心筒的损伤状态及相应的损伤指数范围。结果表明,该损伤模型能够较好地描述钢筋混凝土核心筒结构的地震损伤发展过程与程度,研究结果可为该类结构的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

为研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层损伤模型,考虑楼层权重系数,最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围;同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线;最后对比了采用以结构最大层间位移角与所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。结果表明:在非倒塌状态下,二者区别不大;在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。

密肋复合墙框格单元的损伤和耗能分析

目的分析密肋复合墙框格单元的损伤过程和耗能分担率,为研究密肋复合墙对框架结构抗地震倒塌能力的影响提供依据.方法基于能量理论,构造局部损伤指标及整体损伤指标,计算框格单元各构件在破坏过程中的耗能分担率.结果计算出外荷载下框格单元中的砌块构件的耗能分担率从62%降到18%,框格构件的耗能分担率从38%降到82%,得出了密肋复合墙框格单元从完好到破坏的整个过程中耗能转化规律.结论基于能量理论的耗能分担率能够较好地反映各构件的耗能转化规律,可进一步应用于分析地震作用下密肋复合墙体的耗能减震机理及框架填充密肋复合墙结构的抗倒塌能力.