考虑残余位移的多层RC框架结构地震响应分析及放大效应

通过对多层RC平面框架结构在23条地震动记录2个不同强度水平下的非线性时程分析,得到RC框架的最大位移和残余位移等沿着楼层高度的大小和分布。统计分析残余层间位移角、最大层间位移角及两者比值这3个指标的均值、标准差和变异系数。为研究P-?效应的影响,对比是否考虑P-?效应两种工况下多层RC框架结构的分析结果。进一步,对多层RC框架的等效SDOF体系作同样的时程分析,对比了等效SDOF体系和多层RC框架结构的分析结果,研究高阶模态效应对RC框架的影响。对比分析表明,P-?效应和高阶模态效应对多层RC框架结构的残余位移响应的平均放大作用均大于其对最大位移响应的放大效应,残余位移响应的离散性也大于最大位移响应的离散性。另外,随着地震动强度水平的增加,结构地震响应的离散性明显增大。

考虑结构整体特性的钢筋混凝土框架震后残余侧移响应研究

为了研究钢筋混凝土框架结构震后残余位移及结构整体特性对其影响,首先对3个楼层数不同的钢筋混凝土平面框架结构进行静力推覆分析,得到结构第一模态推覆曲线及相应等效三线形推覆曲线,进而基于等效推覆曲线获得结构整体的屈服后刚度比和下降段刚度比。其次,通过对钢筋混凝土平面框架结构在3个地震动强度水平、22条地震动记录输入下的弹塑性时程分析,分别计算得到最大层间位移角和最大残余层间位移角的平均值、标准差和变异系数,并分析结构整体特性如结构基本自振周期、屈服后刚度比、下降段刚度比等对最大层间位移角和最大残余层间位移角的影响,以及最大层间位移角和最大残余层间位移角之间的相关性。结果表明,最大层间位移角和最大残余层间位移角受结构基本自振周期影响明显,同一地震动强度水平下,两者均随结构基本自振周期的增大而增大。随着结构屈服后刚度比的增大和下降段刚度比绝对值的增大,最大残余层间位移角也增大,其离散性也随之变大。与上部楼层相比,高强度水平地震动下非线性发展较为充分的结构下部楼层的最大层间位移角和最大残余层间位移角的相关性较好。

考虑残余变形的RC框架结构抗震性能评估

震后残余变形对于工程结构震后损伤和可修复性能的评价至关重要。首先,选取790条地震动记录对一个5层钢筋混凝土(RC)框架结构进行增量动力分析,线性回归得出结构各损伤状态(性能水平)与残余层间位移角的量化关系;然后,分别对一个8层和一个11层RC框架结构进行增量动力分析,研究结构最大层间位移角和残余层间位移角两种损伤指标间的相关性;最后,对8层和11层结构分别进行基于两种损伤指标的地震易损性分析。分析结果表明:残余层间位移角与最大层间位移角具有较好的相关性;以最大层间位移角为结构损伤指标所得残余层间位移角无明显差异性,同样以残余层间位移角为结构损伤指标所得最大层间位移角也无明显差异性;以最大层间位移角和残余层间位移角为损伤控制指标,各损伤状态下50%超越概率对应的谱加速度Sa(T1,5%)无明显偏差;以规范给出的最大层间位移角为损伤控制指标相对文章提出的残余层间位移角较为保守。因此,将残余层间位移角作为性能指标的研究对于基于层间位移角的震后结构性能评估是必要的。

新型自复位延性剪切板支撑钢框架结构基于位移的抗震设计方法

为促进新型自复位延性剪切板支撑(简称SC-BDSP)钢框架结构在地震区的工程应用,控制其在地震作用下的弹塑性行为,将考虑高阶振型影响的基于位移的抗震设计方法应用于新型SC-BDSP钢框架结构.设计了目标延性系数为3的5层和10层SC-BDSP钢框架结构算例,基于循环Pushover分析方法评估了新型SC-BDSP钢框架结构的复位性能.通过对两个算例进行弹塑性时程分析,重点考察了新型SC-BDSP钢框架结构在罕遇地震作用下的最大楼层位移、最大楼层残余位移、最大层间位移角和层间残余位移角.分析结果表明:设计的新型SC-BDSP钢框架结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角均略小于目标限值,震后的层间残余位移角小于0.5%,具有理想的震后复位能力,进一步证明了新型SC-BDSP钢框架结构基于位移的抗震设计方法的合理性.

主余震序列作用对剪力墙结构动力响应影响分析

为了研究主余震序列作用对高层剪力墙结构动力响应的影响,以某超高层作为研究基础建立了其动力弹塑性分析模型,开展了相关研究工作。选取10个真实主余震序列作用事件,构造了14条主余震序列作用作为输入的地震荷载;以PGA、PGV、PGA/PGV等作为表征地震动强度的指标,计算了结构在主余震序列作用及仅主震作用下的结构塑性耗能、最大残余层间位移角的增量损伤比及Karl Pearson相关系数;分析了主余震序列作用下结构塑性耗能及最大残余层间位移角的特点和地震动强度指标与增量损伤比的相关性。结果表明,主余震序列作用加剧了结构损伤,其塑性耗能增量平均达24%~28%;主余震序列作用下结构最大残余层间位移角有可能增大,也有可能减少。基于塑性耗能的结构主余震增量损伤比与PGV、SED、SI等速度相关的地震动强度表征指标均表现出了较强的相关性,可考虑作为选择和调整主余震序列作用地震波的指标;基于最大残余层间位移角的结构主余震增量损伤比则与地震动强度指标相关性较弱。

短屈服段屈曲约束支撑钢框架抗震性能研究

屈曲约束支撑滞回性能优异,大量应用于中心支撑钢框架结构,可极大提高钢框架的抗震性能.但已有研究表明,当屈曲约束支撑钢框架遭遇罕遇地震时,结构产生较大的残余变形,导致震后更换支撑困难.为此提出了短屈服段屈曲约束支撑,并将其置于钢框架中进行动力时程分析.结果表明,短屈服段屈曲约束支撑钢框架的最大层间位移角较传统屈曲约束支撑钢框架最大降幅在10%左右,减小结构的残余层间位移角可达30%以上;在保证结构安全的同时,很大程度上提高了结构在震后的可修复性和遭遇二次地震时的可靠性,并且随着结构刚度的增加,额外的地震荷载几乎全由屈曲约束支撑承担,并不会给框架增加负担.

装配式钢框架-带肋薄墙板结构振动台试验

为研究装配式钢框架–带肋薄墙板结构的抗震性能,设计制作了一个两层两跨的足尺房屋模型,并对其展开了12个工况组的振动台试验.试验选用El Centro波、Taft波和人工波,地震动加速度峰值(peak ground acceleration,PGA)从0.07 g逐级增长至1.2 g.研究了模型在各工况下的破坏特征、动力特性和地震响应.结果表明:8度基本地震动时模型处于弹性阶段,8度罕遇地震动时模型损伤集中于装配式薄墙板,而钢框架应变较低.随着PGA增大,薄墙板作为结构的第一道抗震防线逐渐开裂变形,使得结构刚度逐渐退化,而钢框架损伤轻微.最终PGA达到1.2 g时模型X向、Y向抗侧刚度分别下降37.8%和33.6%.试验过程结构阻尼比介于4.29%~7.19%,呈逐渐增长的趋势;各楼层加速度放大系数介于0.93~2.46,低于传统刚性结构.模型在8度多遇、罕遇地震动时的最大层间位移角分别为1/868和1/220,满足规范限值要求;在9度极罕遇地震动时最大层间位移角达到1/71而模型未倒塌,表明结构具有良好的抗震性能,可在高设防烈度地区应用.

主余震序列作用下屈曲约束支撑框架易损性分析

主震引发的多次强余震可能导致屈曲约束支撑(BRB)在地震作用下发生疲劳破坏。BRB突然失效可能使主震引起的微小损伤加剧,引发结构倒塌。因此,有必要考虑余震对BRB构件和BRBF结构的影响。通过增量动力方法,对考虑BRB疲劳性能的屈曲约束支撑框架(BRBF)进行易损性分析,对比了在单独主震和主余震序列作用下BRBF结构的地震易损性差异。结果表明,在高强度主余震序列作用下,BRBF结构的失效概率显著增加,对其性能要求更高。此外,分别以峰值层间位移角和残余峰值层间位移角作为需求参数指标,对比分析了BRBF结构在主余震序列作用下的易损性差别。结果表明,以残余峰值层间位移角为参数指标时,对结构性能要求更严格。

近场脉冲地震下自复位中心支撑钢框架结构抗震性能评估

为评估基于最大有效滞回耗能(Maximum Effective Cyclic Energy,MECE)谱设计的自复位中心支撑钢框架结构(SC-CBSF结构)在近场脉冲地震下的抗震性能,采用OpenSees有限元程序对文献[1]合理设计的5层3跨、具有不同目标延性的SC-CBSF结构进行了弹塑性时程分析,重点考察了SC-CBSF结构在罕遇地震作用下的楼层位移、残余楼层位移、层间位移角及残余层间位移角。分析结果表明:按MECE谱法设计的5层3跨SC-CBSF结构在近场速度脉冲地震作用下的最大层间位移角均小于目标限值,震后的残余层间位移角均低于0.5%,SC-CBSF结构不仅具有较高的抗侧能力,还具有理想的震后复位功能。

考虑二次地震激励的RC框架-屈曲约束支撑结构位移响应分析

对某多层普通RC框架结构以及设置屈曲约束支撑的RC框架结构进行了推覆分析和非线性时程分析,以最大层间位移角及残余层间位移角为响应指标,对比分析初次地震作用和后续二次地震作用下的位移反应。结果表明:合理增加屈曲约束耗能支撑可较好改善RC框架结构的抗侧刚度、承载能力与延性;按抗侧刚度比0.5设置BRBs后,RC框架结构的最大层间位移角和残余层间位移角分别最大可降低48%和70%;随着BRBs设置的不断增加并不能有效降低残余变形,反而有增大的可能;二次地震作用的强度对RC框架-屈曲约束支撑结构的最大层间位移角影响较大,对残余层间位移角没有规律性的影响,但增大了残余位移的不确定性。

装配式方钢管混凝土柱框架-条板复合墙结构足尺振动台试验研究

为研究装配式方钢管混凝土(CFSST)柱框架-条板复合墙结构的抗震性能,对一个两层房屋足尺模型实施了振动台试验,分析了模型在不同工况下的损伤累积过程,研究了模型动力特性和地震响应的变化规律。结果表明:随着地震波峰值加速度的增大,模型自振频率逐渐降低;在地震波峰值加速度为0.7g前阻尼比逐渐增大,之后略降;楼层加速度放大系数介于1.2~1.8之间,且呈降低趋势。模型在8度基本、8度罕遇地震动作用下的最大层间位移角满足规范限值要求,且残余位移较小。模型内力变化具有阶段性特征:在墙板裂缝贯通前,条板复合墙是主要的抗侧力构件,而CFSST柱框架内力较小;裂缝贯通后,条板复合墙通过内部的摩擦错动一定程度上耗散了台面振动能量,是主要的耗能构件;最终条板复合墙裂解为多个单一条板,但仍具有较强的抗倒塌能力。总体上,条板复合墙和CFSST柱框架变形协调,共同工作性能良好,且墙体拉结措施可靠,符合规范要求。

三段式可更换耗能梁抗震性能及可更换性能分析

为了保证框架结构跨度较大时耗能梁的耗能能力和可更换性能,提出了一种中间段耗能的三段式可更换耗能钢梁。设计并制作了5根可更换耗能钢梁,通过拟静力试验,研究了耗能梁更换、耗能段与非耗能段连接方式、耗能段腹板类型及腹板钢材类型等对钢梁抗震性能的影响。研究结果表明:在地震作用下,三段式可更换耗能钢梁的耗能和损伤均明显集中在中间耗能段,而非耗能段处于弹性状态,震后通过更换中间受损耗能段即可快速恢复结构的使用功能;三段式可更换耗能钢梁的滞回曲线均较饱满,极限塑性转角约为0.1 rad,表现出良好的变形能力和耗能能力;腹板采用低屈服点钢或波纹钢时三段式可更换耗能钢梁的耗能能力更好;随着可更换钢梁塑性转角的增大,可更换耗能钢梁的荷载提高明显,超强系数均值约为1.67;更换耗能段时,相应的层间位移角为1/200~1/250,采用端板连接的三段式可更换耗能钢梁更换耗能段所需时间较短,而采用双槽钢连接的三段式可更换耗能钢梁能在更大的残余层间位移角时更换,具有较优的可更换性能。

基于IDA方法的RC框架结构倒塌判定准则评估

以RC框架结构为研究对象,对其进行基于3种DM的IDA分析。采用SAP2000有限元软件进行大量的弹塑性时程分析,得到了相关指标的IDA曲线簇以及结构各层和整体的IDA曲线,以此对倒塌判定准则进行评估。结果表明：DM分别为残余层间位移角θr、最大层间位移角θ_（max）和层间位移角θ的IDA方法中,DM为残余层间位移角的IDA方法对结构倒塌的判定更偏于保守。