基于损伤的累积滞回耗能与延性系数

从地震损伤评价出发,通过分析与推导,建立了基于位移延性系数的损伤评价模型。采用四个柱的破坏性试验数据,运用推导出来的模型进行了柱的损伤程度评价。考虑到延性系数计算的困难以及其与累积滞回耗能的关系,通过分析建立起累积滞回耗能与位移延性系数的关系曲线。

弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱

本文对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱进行了分析研究。以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了结构和地面运动参数对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱与输入能量谱比值的影响。结果表明:阻尼比、延性系数、初始周期有很大的影响,而地面运动参数影响不大。结合现有的10种累积滞回耗能谱的计算模型和影响参数分析,建议了一个新的累积滞回耗能谱的计算方法。计算结果表明,本文建议的方法较好地反映了累积滞回耗能谱的影响参数和变化趋势,与现有计算模型有较好的一致性,且满足边界条件、便于计算。

支撑类型对新型SC-CBF结构层剪力与累积滞回耗能分布的影响

为研究支撑类型对新型自复位支撑钢框架(Self-centering concentrically braced steel frame,SC-CBF)的层剪力与层间累积滞回耗能的影响,基于抗侧能力相等原则分别设计了10层SC-CBF和防屈曲约束支撑钢框架(Buckling restrained braced steel frame, BRBF)结构。分别选取了三组近场不带速度脉冲地震波、近场带速度脉冲地震波、远场地震波,并对上述两个算例进行了弹塑性时程分析,给出了两个算例在罕遇地震水准下的地震响应,研究了支撑类型对结构在弹塑性状态下的层剪力与层累积滞回耗能的影响。分析表明支撑类型对10层SC-CBF结构及BRBF结构的层间位移角有一定影响,两者之间的误差在11%～15%之间;对结构层间残余位移角影响显著,自复位支撑导致结构震后残余层间位移角不超过0.2%,BRBF结构震后残余位移角已大于0.5%;支撑类型对结构在弹塑性状态下的层剪力影响可忽略,对层间累积滞回耗能分布影响较小。

基于有效累积滞回耗能的钢筋混凝土构件承载力退化模型

在模拟地震作用下建筑结构的非线性响应时,应正确考虑构件的累积损伤对结构性能的影响。钢筋混凝土构件在反复受力下的承载力退化是其累积损伤的重要体现。该文根据不同加载路径下钢筋混凝土柱的试验资料,通过考察不同加载路径对构件承载力退化的影响,指出累积滞回耗能引起的构件损伤程度,与产生该累积滞回耗能的位移幅值有关。基于这一结果,该文提出了有效累积滞回耗能的概念,以综合考虑累积滞回耗能和相应的位移幅值对承载力退化的影响。与试验结果的比较表明,有效累积滞回耗能与构件承载力退化程度之间有良好的相关性。分析结果表明,所建议的基于有效累积滞回耗能的承载力退化模型可较好地模拟不同往复加载路径下钢筋混凝土构件的滞回曲线。

考虑薄弱层的基于MPA法计算滞回耗能分布

计算结构的滞回耗能分布时,通常采用时程分析法和多模态推覆分析(MPA)法。本文分别使用这两种方法计算9层Benchmarh钢框架的层间滞回耗能分布,发现MPA法在计算具有明显薄弱层的结构时会产生误差。因此,针对含有薄弱层的结构,提出了考虑薄弱层的基于MPA法计算滞回耗能分布。该方法通过对结构进行静力弹塑性分析得到层间滞回耗能分布,并对结构的相对薄弱层进行调整,再通过振型参与系数组合得到最终的滞回耗能分布。将该方法应用于20层的Benchmarh钢框架结构,结果表明,相较于时程分析,该方法对薄弱层(首层和第八层)的计算精度分别提升了10.4%和21.9%。

HRB400级钢筋混凝土柱的滞回性能分析

基于HRB400级钢筋混凝土柱的试验,对其滞回性能进行分析与研究,并对其损伤程度进行评价.通过比较两种不同的损伤模型,建议采用一个基于延性系数的损伤模型.为了找出结构(构件)的延性系数,根据试验的结果建立了其与累积滞回耗能的关系图.针对4个HRB400级钢筋混凝土柱的试验数据拟合结果,提出计算累积滞回耗能的方法.

外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能数值研究

将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩:在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构,且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了钢框架桥墩与外置耗能壳板的钢框架桥墩的滞回曲线、耗能能力、等效黏滞阻尼比、刚度和强度等抗震性能,探讨了外置耗能壳板参数(如材料屈服应力、安装高度和厚度等)对钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。结果表明:外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能优于钢框架桥墩,且外置耗能壳板先于墩柱屈服,可有效保护墩柱主体免遭地震损伤;外置耗能壳板安装高度和厚度明显影响钢框架桥墩的抗震性能,而外置耗能壳板屈服应力对钢框架桥墩抗震性能的影响可忽略。

RC剪力墙地震损伤试验研究

为了研究地震作用下RC剪力墙的损伤演化过程,通过改变轴压比、边缘配箍、混凝土强度和加载方式,对9榀RC剪力墙试件进行单调与低周反复加载试验,考察试件经历不同次数循环加载后其损伤及其力学性能的变化规律,从损伤的角度分析不同设计参数及加载方式对试件荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、变形能力、累积滞回耗能等的影响,同时探讨试件残余变形与位移幅值的关系。结果表明,随着循环次数和位移幅值的增加,试件损伤逐渐累积,使其刚度、强度逐渐退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;变幅循环加载下试件的损伤发展呈先缓后急的特点,而常幅循环加载下试件的损伤演化过程较为缓慢,损伤发展速率较为平稳。研究结果为进一步建立能够描述RC剪力墙损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对RC剪力墙力学性能的影响提供试验支撑。

酸性大气环境下多龄期钢框架柱抗震性能试验研究

利用气雾腐蚀箱对城市酸性大气环境进行模拟,通过改变锈蚀程度、加载方式、加载循环次数、轴压比,对12榀钢框架柱试件进行低周反复加载试验,考察锈蚀钢框架柱的破坏过程与特征,研究不同锈蚀程度、加载方式、加载循环次数及轴压比对钢框架柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、变形能力、滞回耗能等力学性能的影响。结果表明:锈蚀钢框架柱的破坏形态均为柱底端产生塑性铰的延性破坏,其荷载-位移滞回曲线仍呈现出较为饱满的梭形;框架柱的锈蚀程度越深,其力学性能劣化就越明显;随着轴压比的增大,框架柱的延性和耗能能力有所降低,损伤产生的速率明显加快;加载路径对框架柱的影响主要体现在构件塑性变形的发展及累积效应的产生。研究成果可为建立能够描述锈蚀钢结构构件损伤程度的地震损伤模型以及多龄期钢框架结构的地震易损性研究提供试验支持。

钢板剪力墙结构的性态指标及损伤评估

在钢板剪力墙结构基于能量的性态设计方法中,钢板剪力墙性态指标的合理确定是亟待解决的关键问题。本文对Park-Ang损伤模型进行了修正,提出了基于损伤指数确定钢板剪力墙层间位移性态指标的新方法。采用数值方法获取了2个系列共9个单层钢板剪力墙的滞回曲线,根据修正的Park-Ang损伤模型及损伤标准确定了钢板剪力墙在不同性态水平下的层间位移角限值,建立了钢板剪力墙的性态指标。采用修正的Park-Ang模型对1榀5层钢框架-钢板剪力墙在近场地震作用下的损伤进行了评估,验证了本文修正的Park-Ang损伤模型的合理性。

方钢管混凝土柱的地震损伤模型

为建立方钢管混凝土构件的双参数损伤模型,通过7根方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的滞回性能,获得了各构件破坏时的累积滞回耗能,通过回归分析得到了适合方钢管混凝土柱的双参数损伤模型。研究表明:方钢管混凝土柱在模型中的耗能因子β应为0.042;大于圆钢管混凝土柱的耗能因子,方钢管混凝土柱基于累积滞回耗能的损伤比例要远大于圆钢管混凝土柱。模型的建立对于方钢管混凝土结构的抗震设计及震害分析都具有重要的指导意义。

高强混凝土剪力墙地震损伤模型分析

在分析比较现有钢筋混凝土结构的地震损伤模型的基础上,根据高强混凝土剪力墙的滞回曲线特性及刚度退化规律,采用能量耗散系数和最大变位处的卸载刚度的退化为破坏参数,提出了适用于高强混凝土剪力墙构件的双参数地震损伤模型。依据已有的高强混凝土剪力墙构件试验研究结果,对损伤模型进行非线性回归分析,确定了相应的地震损伤模型参数,提出了高强混凝土剪力墙各性能水平的损伤指数以及相应于三水准抗震设防的损伤指数允许值。分析结果表明,按本文所提出的损伤模型计算得到的剪力墙构件最终破坏时对应的损伤指数,其平均值在合理范围内,标准差较小;损伤指数计算值对应的损伤程度基本符合试验结果,计算结果离散程度较低。

低周反复荷载下高速铁路桥墩抗震试验研究

通过6个缩尺为1∶5的高速铁路圆端形桥墩模型的低周反复加载试验,研究剪跨比、配筋率和配箍率等参数对桥墩抗震性能的影响规律.结果表明,在低周反复荷载和轴压荷载的共同作用下,低剪跨比和高剪跨比下高铁桥墩模型的破坏模式分别为弯剪型破坏和弯曲型破坏;随着配筋率、配箍率和剪跨比的提高,桥墩模型的位移延性和累积滞回耗能提高;试验测得剪跨比为2.5时桥墩模型的位移延性系数为4.66～4.93,仅能满足现行铁路工程抗震设计规范的最低要求;配筋率和配箍率对桥墩模型的刚度退化效应和残余位移影响较小.

高强混凝土框架柱的地震损伤模型

本文首先讨论了现有的几种地震损伤模型及其特点,然后计算出试验框架柱累积滞回耗能随加载循环水平的变化,分析和讨论了轴压比、箍筋形式、配箍率、纵向配筋率、混凝土强度等级以及剪跨比对累积滞回耗能的影响。根据现有的损伤模型,对试验框架柱的损伤指数进行了分析比较,给出了符合高强混凝土框架柱和普通混凝土框架柱的地震损伤模型。根据损伤指数随加载循环水平的变化规律,分析和讨论了剪跨比、轴压比以及配箍率对损伤的影响。最后通过对各地震损伤模型的比较分,提出了高强混凝土框架柱的地震损伤模型。

钢筋混凝土框架-剪力墙结构最佳破坏模式基础研究

钢筋混凝土框架-剪力墙结构的理想破坏模式为连梁—剪力墙底部—框架梁—框架柱。将附加4片剪力墙和M榀框架的12、14、16、18、20层结构作为N层4片剪力墙M榀框架算例模型,利用SNAP软件对其依次进行弹塑性动力时程分析,考查随M的增加,N层4片剪力墙M榀框架的破坏模式的变化过程,根据结构的累积滞回耗能分布规律,分析并确定其刚度特征值λ和破坏模式的内在联系,提出满足理想破坏模式要求的临界刚度特征值,从而根据临界刚度特征值计算结构的相对剪力墙刚度。对临界刚度特征值的N层4片剪力墙M榀框架进行分析可知,其周期、壁率、面积率、位移角、受力及其变形特征均符合经验公式和《高规》等要求,表明研究方法的正确性和研究结果的合理性。

双层钢箱-混凝土组合墩双向拟动力试验研究

双层钢箱-混凝土组合墩具有强度高、延性好、抗震及抗爆性能优越等特点,是一种理想的可满足"多灾害防御"理念的桥梁墩柱形式。本文主要考虑钢管壁宽厚比、截面长宽比和长细比等参数,进行了3根双层钢箱-混凝土组合墩的双向拟动力试验研究,并基于Opensees平台,考虑界面粘接、钢板屈曲等的影响进行了此类墩柱的非线性动力时程响应分析,综合来考察其在地震作用下的加速度响应、位移响应、滞回特点及耗能能力。结果表明:双向地震动作用下,双层钢箱-混凝土组合墩柱的墩底出现钢板屈曲、开裂和混凝土压碎等现象,破坏时墩底出现塑性铰;墩柱两个方向的滞回曲线均比较饱满,表明钢箱-混凝土组合墩柱总体具有较好的滞回耗能能力;模型墩柱的加速度与位移响应计算结果与实测结果吻合较好,表明基于带塑性铰的纤维梁单元可以较好地预测双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震性能。本文研究可为双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震设计和工程应用提供参考。

钢筋混凝土剪力墙构件双参数地震损伤模型研究

为了研究剪力墙的地震损伤,在分析现有结构地震损伤模型的基础上,基于理想弹塑性结构的恢复力模型,提出一种改进的双参数地震损伤模型。依据实验数据,采用该模型对钢筋混凝土剪力墙结构在低周反复荷载作用下的变形与累积滞回耗能进行分析,确定模型参数。对剪力墙结构损伤中最大变形引起的损伤和累积滞回耗能引起的损伤进行了比较,结果表明最大变形引起的损伤在结构损伤中所占比例较大,但累积滞回耗能引起的损伤不能忽略。

日本《基于能量抗震设计规程》介绍

本文介绍了日本《基于能量结构抗震设计规程》的主要内容,该规程推荐的基于能量结构抗震设计方法,综合考虑了结构的承载力、位移和累积耗能的影响,对结构抗震性能的评价更为合理。该规程中采用两阶段设计法,要求结构的耗能能力不小于各阶段相应的耗能需求。该规程的方法对我国基于能量抗震设计方法的研究具有重要借鉴意义。

强震作用下附设粘滞阻尼器RC框架结构的耗能机制与抗倒塌性能研究

大量震害调查结果表明强震作用下普通RC框架结构很难避免出现薄弱层的累积耗能集中,以致结构倒塌。作为一种已推广应用的耗能装置,粘滞流体阻尼器可在不改变原有结构体系刚度分布的前提下有效耗散地震输入能量,提高结构抗倒塌性能。根据中国现行抗震规范设计了三组不同高度的RC框架结构,并分别进行了附设粘滞阻尼器的消能减震设计。采用弹塑性时程分析方法对各结构进行了地震响应计算,对比了减震前后结构的累积滞回耗能分布模式和耗能机制,并且采用基于IDA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了各结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明,附设粘滞阻尼器可显著改善RC框架结构的耗能机制,降低主结构构件的损伤程度,有效提高结构的抗倒塌性能。

双层钢箱-混凝土组合墩双向地震损伤模型研究

既有的地震损伤模型大多基于水平单向拟静力试验得到的,未考虑结构或构件在双向地震作用下水平两个方向相互耦合作用所导致的性能退化加剧,计算所得的损伤因子不能体现双向耦合影响引起的损伤加剧。本文基于Kumar-Usami地震损伤模型,进一步考虑不同位移幅值下的有效耗能影响,提出了双层钢箱-混凝土组合墩双向地震损伤模型,并利用水平双向拟静力试验得到的双向耦合作用下的变形和耗能数据对双层钢箱-混凝土组合墩的双向地震损伤模型参数进行标定。研究结果表明:(1)该地震损伤模型可以反映加载顺序、加载历史及不同加载位移权重的有效耗能等对双层-钢箱混凝土组合墩地震累积损伤的影响;(2)提出了双层钢箱-混凝土组合墩不同程度损伤的指标限值,给出了考虑双向地震作用下水平两个方向耦合作用的总体损伤计算表达式,模型计算结果与试验吻合良好。本文建议的双向地震损伤模型可供双层钢箱-混凝土组合墩基于性能的抗震设计与损伤评估使用。