钢筋混凝土框架结构抗震超强系数分析

基于我国建筑抗震规范要求设计的14栋代表不同抗震特征要求的多高层规则钢筋混凝土框架,通过静力弹塑性分析详细地评估了框架结构的体系超强能力。分析中采用与抗震规范等效静力地震作用效应分布模式相同的单调递增侧向荷载,以二维平面框架为分析对象。分析结果表明地震分区对超强系数的影响较大;有填充墙框架比无填充墙框架的超强能力明显要大;内框架的超强能力比外框架的超强能力大;超强系数随框架楼层数的增加而减小。

钢筋混凝土框架结构整体超强系数需求分析

针对我国现行抗震设计规范尚未对结构的超强性能作明确的考虑,本文考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用Open Sees进行有限元建模与分析,并通过结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证。采用文中提出的动力能力谱方法,对RC框架结构在地震作用下的反应进行分析,得到结构在不同设防水准下的整体超强系数需求值,并将其分析结果与传统静力能力谱方法分析结果进行对比分析。按VI、VII、VIII度设防烈度设计的不同层数的结构,设防地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为0.51~1.89、0.46~1.94、0.57~1.80;罕遇地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为1.18~4.05、1.33~3.45、1.42~2.66。采用动力能力谱方法可以有效地分析结构在地震作用下的超强系数需求值,量化结构在特定地震设防水准作用下承载力的实际需求,改善静力能力谱方法中动力需求谱与静力能力谱曲线的不和谐性。

基于IDA的Y形偏心支撑钢框架地震反应折减系数和超强系数

按我国现行抗震规范设计了12个不同层数和不同跨度的Y形偏心支撑钢框架算例,利用基于IDA(incremental dynamic analysis)分析的能力谱方法确定了各算例的地震反应折减系数R和超强系数Ω,分析了结构总层数和楼层高跨比对各系数的影响.研究结果表明Y形偏心支撑钢框架的设计地震作用可在我国现行抗震规范的基础上降低20%左右.

剪切型消能梁段超强系数的影响因素及规律分析

基于已有试验结果,详细分析影响不同长度比剪切型消能梁段超强系数的主要因素。设计多组考虑腹板强屈比、加劲肋间距比、翼腹比、翼缘与腹板强度比和跨高比等因素的模型,并采用校正的有限元分析方法详细研究各因素对超强系数的影响规律。结果表明:对短剪切型消能梁段,腹板会发生全截面受剪屈服,翼腹比可有效增大子框架的承载力,翼缘与腹板强度比和跨高比对其超强系数无明显影响;对普通剪切型消能梁段,端部翼缘的屈曲使腹板仅部分截面受剪屈服,且增大翼腹比、翼缘与腹板强度比和跨高比可明显提高其超强系数。另外,加劲肋间距比对不同长度剪切型消能梁段的超强系数均有明显影响。

Q235剪切型耗能梁段超强系数的建议

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒是一种耗能性能良好的结构,利用位于部分裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后损坏耗能梁段的快速替换和结构功能的快速恢复。在整体结构的设计和性能分析中,Q235耗能梁段的超强系数和剪切铰模型至关重要。利用SAP2000软件设计了一个30层原型结构,通过试验验证了有限元建模方法的正确性,比较了两种子结构的性能,基于简化的子结构考察了柱轴压比、耗能梁段长度比的影响,以及Q235剪切型耗能梁段的屈服和抗拉强度不同组合下的超强系数,对耗能梁段的剪切铰参数进行了建议。研究表明:随着子结构柱轴压比的增大,子结构的水平力逐渐减小,但耗能梁段的滞回性能基本不变;建议用于钢框筒中的剪切型耗能梁段的长度介于1/8~1/4柱中心线距离,且耗能梁段的长度比建议采用0.79~1.30;长度比为0.79,0.96,1.13,1.30和1.46的Q235耗能梁段的平均超强系数分别为1.62,1.58,1.57,1.52和1.47,钢材的抗拉强度对耗能梁段的超强系数影响较小;用于剪切型耗能梁段端部连接设计的剪力可取1.3倍的预期受剪承载力。

RC框架结构超强系数与地震经济损失风险分析

基于现行的中国抗震设计规范,设计了6个不同参数的钢筋混凝土框架结构模型,利用静力弹塑性(Pushover)分析方法求得各个框架结构的超强系数;同时,利用基于性能的抗震设计(PBSD)的方法,通过增量动力分析(IDA)、易损性分析和地震损失风险分析等,定量的求出各个框架结构的经济损失风险,并比较了不同框架结构超强系数和经济损失风险的变化情况。结果表明:在层高相同的情况下,当抗震设防烈度逐渐增大时,超强系数减小,经济损失风险逐渐增大;在抗震设防烈度相同的情况下,当层高增大时,超强系数减小,经济损失风险逐渐增大。

基于IDA方法的半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构超强系数研究

为评估半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)的超强性能,考虑实际地震动的随机特性,分别选择了22条远场和22条近场地震动记录,基于增量动力时程分析方法(简称IDA)获得了10层PSRCW结构算例模型的基底剪力-顶点位移曲线,分别计算了PSRCW算例在远场及近场地震波激励下的超强系数,基于数理统计方法确定了PSRCW算例具有95%置信水平对应于单侧置信下限的超强系数限值,研究结果可为PSRCW结构的设计方法和工程应用提供参考。

防屈曲支撑的超强系数

介绍了各国规范中关于防屈曲支撑连接节点的抗震设计条文,对与防屈曲支撑承载力超强相关的参数包括应变硬化系数和压拉不等强系数作了研究,指出美国提出了这两种系数,但并未给出具体的取值,我国的相关规定与美国类似,日本没有区别应变硬化系数和压拉不等强系数,而是以一个综合的调整系数加以考虑。

Y形偏心支撑钢框架的地震反应折减系数和超强系数

该文采用静力推覆和能力谱方法分析了基于我国抗震规范设计的12个Y形偏心支撑钢框架的地震反应折减系数R和超强系数及赘余度超强系数3,分析了结构层数、楼层高跨比对各系数的影响。研究结果表明:Y形偏心支撑钢框架的设计地震作用可在我国现行抗震规范的基础上降低20%左右。

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构超强系数的概率法研究

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙(PSFRCW)结构的超强系数受材料力学性能及构件几何尺寸的变异性影响较大。采用的Latin超立方抽样方法考虑了PSFRCW结构中型钢、钢筋及混凝土材料力学性能的随机性,以及内填RC墙厚度、半刚性节点的抗弯刚度及受弯承载力的变异性,结合GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了4组共计160个PSFRCW结构算例样本,分析了层数、抗震设防烈度对结构超强系数的影响。采用Pushover方法确定了160个PSFRCW算例分别在均匀分布及广义乘方水平力分布模式下的能力曲线。基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限值确定了PSFRCW结构考虑层数、抗震设防烈度影响的超强系数。研究表明:考虑材料及构件几何尺寸变异性所确定的PSFRCW结构的超强系数较按材料性能及构件尺寸名义值所确定的PSFRCW结构的超强系数值约大15%。考虑高阶振型影响的广义乘方分布模式确定的PSFRCW结构的超强系数值要小于按均匀分布模式确定的PSFRCW结构的超强系数值。设防烈度相同时,PSFRCW结构的超强系数随层数的增加呈增大趋势。层数相同时,PSFRCW结构的超强系数随抗震设防烈度的增加呈降低趋势。在8度抗震设防区,PSFRCW结构的超强系数建议取为3.5;在9度抗震设防区,PSFRCW结构的超强系数建议取为3.2。

基于自适应POA和IDA的RC框架填充墙结构超强系数分析

结构整体超强系数是结构整体抗震性能系数的重要组成部分。针对不同结构高度严格按照现行设计规范设计了6个高烈度区具有代表性的结构模型,并采用OpenSees分析平台建立有限元模型,同时通过与已有试验结果的对比验证了建模方法的客观准确性。基于自适应POA和IDA得到了设计结构模型的整体超强系数及其变化规律,通过对比分析得出:填充墙对RC框架结构的整体超强系数影响显著,但随着结构高度的增加,填充墙对结构超强系数的影响逐渐减弱。按现行规范设计VIII度设防的结构模型中RC框架结构的超强系数最小值为1.2,考虑填充墙作用的RC框架填充墙结构的超强系数最小值为2.1。分析方法的选择对超强系数分析有重要影响,静力分析方法低估了结构的超强系数。

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。

基于动力方法的RC框架结构整体超强能力分析

结构超强系数是结构在强震作用下不发生倒塌的重要因素,但是目前中国现行抗震规范没有纳入结构超强能力的影响,对于结构安全性的计算都是考虑结构构件,没有更多地考虑整体结构的承载能力.考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证.采用非线性动力方法对所设计典型结构的地震反应进行了分析,得到了按现行抗震规范所设计结构的整体动力超强系数能力值的取值及其变化规律.结果表明:通过结构整体动力超强系数能力值,可以预测临界倒塌状态时结构的最大承载能力.分别按Ⅵ度,Ⅶ度和Ⅷ度抗震设防设计的结构,结构整体动力超强系数能力值分别至少要达到6,4和3,其最低值和NEHRP2000推荐条文中给出的结构整体超强系数限值3一致.

抗震设计中的结构影响系数及其研究进展

强震作用下结构要进入弹塑性，其底部剪力明显低于弹性反应。现代抗震设计引入结构影响系数对设防烈度下的弹性反应谱进行折减得出结构的设计地震作用后按弹性分析结构的内力。本文首先介绍了结构影响系数的定义及其主要影响因素，然后给出了国外在分析方法、延性性能、超强性能、地震地面运动及其它因素对其影响的研究现状，接着给出了国内在这方面所做的工作，最后指出国内在这方面研究的差距并提出了建议。

轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响研究

为研究轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,本文运用数值模拟软件ABAQUS设计并建立了轴压比为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8的九个试件,进行有限元分析,系统分析了试件的抗震性能。分析结果表明:随着轴压比增大,T形钢管束混凝土组合剪力墙的承载能力有所降低,耗能能力有所提高;当轴压比大于0.6时,初始刚度显著降低。

基于循环Pushover及IDA方法的半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构的超强分析

为研究评估方法对量化半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)超强性能的影响,严格按我国现行抗震规范设计了一栋位于设防烈度为8度区的10层PSRCW标准算例。考虑钢材、钢筋、混凝土强度等材料力学性能的随机性,基于Latin超立方抽样方法将其扩展为40个PSRCW样本算例,采用广义乘方及均匀水平荷载分布模式的循环Pushover方法确定了40个PSRCW样本算例的滞回及骨架曲线,基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限值确定PSRCW结构的超强系数。随后,选取ATC63规范建议的2组22条近场及远场地震波,对10层PSRCW标准算例进行增量动力时程分析(简称IDA),基于概率法确定了10层PSRCW标准算例的超强系数。分析结果表明:评估方法对量化PSRCW结构超强系数影响显著,考虑材料随机性按广义乘方分布循环Pushover方法确定10层PSRCW标准算例的超强系数为1.3,按均匀分布循环Pushover方法确定的10层PSRCW标准算例的超强系数为1.73。考虑近场及远场地震波随机性按IDA方法确定10层PSRCW标准算例的超强系数分别为2.45和2.42。

短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究

已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10(235/f_y)^(1/2)。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。

带缝钢板阻尼器受力性能试验研究

对4组弯曲单元宽厚比小于5的带缝钢板阻尼器进行了低周往复拟静力试验，研究其力学特性和耗能能力，利用试验结果检验了现有阻尼器的刚度和强度设计公式。建立有限元模型模拟阻尼器破坏的全过程，通过参数分析研究了带缝钢板阻尼器的延性系数、损伤发展机制、超强系数及累积耗能和累积塑性变形。研究表明：带缝钢板阻尼器具有稳定的平面内力学性能、低周疲劳性能和较强的耗能能力，等效黏滞阻尼系数约为0．5；阻尼器延性较好，当弯曲单元高宽比“不小于4时，延性系数受其影响较小，因此不应采用α小于4的阻尼器；带缝钢板阻尼器的超强系数在2．30～2．96之间；累积塑性变形角与d成正比、标准累积塑性耗能率与α成反比，提出的公式可用于指导消能减霹结构设计和阳屁器诜利．

防屈曲支撑钢框架抗地震侧向倒塌能力分析

以OpenSees为分析平台,建立一个9层钢框架结构Benchmark模型的有限元模型,并设计两种屈曲支撑布置方案。通过静力Pushover分析和时程分析,得到防屈曲支撑与钢框架结构的合理刚度匹配原则,分析防屈曲的最优布置方式和布置原则。通过防屈曲支撑钢框架与纯钢框架结构的整体超强系数RS与整体延性折减系数Ru的对比,研究防屈曲支撑提高钢框架结构整体稳定性能和抗地震侧向倒塌能力的作用。基于增量动力分析,比较钢框架与防屈曲支撑钢框架的倒塌中位值,分析防屈曲支撑提高钢框架结构抗震承载能力和塑性变形能力(整体延性)的作用以及合理的防屈曲支撑布置方式。

翼缘宽厚比对耗能梁性能的影响

基于Q235钢材设计70个不同翼缘宽厚比和长度的耗能梁分析模型来重新评估翼缘宽厚比。与已有试验对比,验证有限元分析方法的准确性。研究结果表明,剪切型和弯曲型耗能梁的翼缘宽厚比可放宽至10 235/fy,并得到不同长度耗能梁的破坏模式、超强系数和滞回曲线。根据耗能梁的破坏模式和耗能能力,建议剪切型耗能梁的长度比取1.30～1.50。提取每次循环中最大位移点可得到耗能梁的骨架曲线,并由此提出剪切型和弯曲型耗能梁的力-位移曲线。