基于深度学习的RC梁集中塑性铰模型参数研究

集中塑性铰模型常被用于基于构件的结构弹塑性分析,计算精度依赖于模型参数的选取,但经验公式难以表征构件受力特性与模型参数的复杂非线性关系。该研究收集低周往复加载RC梁试验数据。建立构件试验数据库,采用捏拢型(pinch Ibarra-Medina-Krawinkler,Pinch-IMK)本构建立基于深度学习的RC梁构件集中塑性铰模型参数预测模型。基于试验数据对三折线骨架特征点参数、本构滞回参数进行参数辨识,得到182组骨架特征点参数数据和91组滞回参数数据;以构件特征参数为输入,以骨架特征点参数、滞回参数为输出,建立Pinch-IMK集中塑性铰RC梁构件参数深度学习预测模型HDLM。将HDLM预测骨架特征点参数与截面分析及现有经验公式等方法的计算结果作对比,可见HDLM预测结果有更高的精度;将基于HDLM预测参数计算的滞回曲线与基于经验公式的IMK模型计算结果进行对比,可见HDLM预测滞回曲线更为准确,能够较好地表现RC梁的强度退化、刚度退化和捏拢效应。

基于改进Bouc-Wen模型的RC柱数值模拟方法

为模拟钢筋混凝土(RC)柱进入非线性状态后的力学性能,首先,提出了一种改进Bouc-Wen模型,从刚度退化、捏拢效应与非对称特性等方面对Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型进行修正,并结合参数规一化处理与混沌粒子群算法建立模型参数识别方法。然后,实现了改进Bouc-Wen材料在OpenSees平台中的二次开发,并应用该材料定义RC柱塑性铰的弯矩-转角关系,完成基于集中塑性铰模型的RC柱数值建模。最后,根据钢筋混凝土柱的低周往复加载试验数据,分别通过直接识别水平恢复力-侧移曲线与集中塑性铰数值建模的方法描述RC柱的滞回特性。与试验结果对比表明:改进Bouc-Wen模型模拟精度较BWBN模型有明显提高;纤维模型的计算精度依赖设计信息的准确性,未能较好地模拟经历性能变化后RC柱的非线性响应;基于改进Bouc-Wen模型的数值建模方法能够更为准确地模拟经历震损后RC柱的刚度退化、捏拢效应与非对称特性。

基于集中塑性铰模型的弯曲破坏锈蚀RC框架柱数值模拟方法

出于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估的需要,提出了基于集中塑性铰模型的锈蚀RC框架柱数值模拟方法,并通过对15根锈蚀RC框架柱试验结果进行回归分析,得到了该模拟方法所需的可考虑钢筋锈蚀影响的塑性铰弯曲(弯矩-转角)恢复力模型,进而采用OpenSEES有限元分析软件,建立了弯曲型破坏锈蚀RC框架柱的集中塑性铰模型。通过数值模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线以及试件最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明所建立的锈蚀RC框架柱集中塑性铰模型能较为准确地反映锈蚀RC框架柱的受力性能和抗震性能,可用于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估。

双柱墩地震反应的轴力-刚度耦合作用

地震作用下钢筋混凝土双柱桥墩产生的动轴力不仅会改变桥墩的屈服强度,而且也会相应地改变桥墩的刚度,但目前广泛使用的集中塑性模型一般并未考虑这种轴力-刚度的耦合作用。以自动计入轴力-强度及轴力-刚度耦合作用的纤维模型分析结果为基准,研究了轴力-刚度耦合作用对钢筋混凝土双柱桥墩地震反应的影响。结果表明,轴力-刚度耦合作用对双柱墩弹性阶段的反应有较大影响,但不改变结构的极限承载力;由于拉压桥墩的刚度互为消长,等高双柱墩的地震位移响应在不计轴力-刚度的耦合作用时与实际情况只略有差异,但墩柱弹性内力响应则会被较大地低估;不等高双柱墩的刚度受较矮侧桥墩控制,因此轴力-刚度的耦合作用对结构的地震位移响应和弹性内力响应都有明显影响,桥梁不规则性越大影响越显著,在进行结构分析时不能忽视这一因素的影响。

双柱墩地震反应分析中非线性单元的选用

以常用的三种非线性梁柱单元为例,研究了双柱桥墩抗震分析的单元选取问题,结果表明,不同单元的选取对双柱墩的位移反应影响不大;采用集中塑性M铰单元时计算最简便,地震内力响应误差也最大;采用集中塑性PM铰单元时弹性内力响应会被较大地低估,但不改变结构的极限承载力;分布塑性纤维单元可以考虑轴力—强度及轴力—刚度耦合作用,但计算最为复杂。

弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱数值模型

为探究弯曲破坏型冻融损伤钢筋混凝土(RC)框架梁柱抗震能力进而对其展开准确评估,通过对国内外已有冻融损伤RC梁柱拟静力试验数据的对比分析与归纳总结,深入系统地探究了冻融循环次数NFTCs、混凝土强度f_(cu)、轴压比n对RC梁柱抗震能力的影响.采用理论知识构建了未冻融RC框架梁柱弯矩-转角(M-θ)恢复力模型骨架曲线计算方法,进而提出了可考虑冻融损伤参数F(F综合了NFTCs和f_(c)的影响)和轴压比n影响的冻融损伤RC框架梁柱M-θ恢复力模型骨架曲线计算公式.在此基础上,基于能量耗散原理,引入循环退化指数βi用以表征梁柱构件的强度退化与刚度衰减,构建了适用于弯曲破坏冻融损伤RC梁柱的M-θ恢复力模型.将所建立的M-θ恢复力模型代入到OpenSEES的零长度单元ZeroLength Element中,利用集中塑性铰模型建立了适用于弯曲破坏型冻融损伤RC梁柱数值模型.通过模拟值与试验值的对比表明,构建的数值模型能较为准确地标定低周往复下弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱的滞回性能,可用于RC框架结构的抗震能力评估.

不同设防水平钢框架结构抗地震倒塌性能研究

钢框架结构虽具有抗震性能优异的显著优点,但在强震作用下仍会不可避免的发生倒塌破坏,带来巨大的经济损失和人员伤亡。为保证钢框架结构的地震安全性,该文介绍了基于集中塑性铰模型的钢框架结构数值建模方法,进而基于增量动力分析(IDA)方法,开展了5个不同设防水平五层三跨钢框架结构的抗倒塌性能分析。结果表明:集中塑性铰模型可准确模拟钢框架结构的地震灾变过程,并能显著提升计算效率;相同平立面布局下,随着抗震设防水平提高,钢框架结构的倒塌变形能力限值不断增大,以相同层间位移限值评估相同平立面布局不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力并不合理;按我国现行规范设计的不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力满足“大震不倒”的抗震设防要求,但其抗倒塌储备系数随设防水平提高不断降低。

RC框架结构倒塌地震易损性评估

为系统评估RC框架结构的抗地震倒塌能力,按照中国现行规范设计了66个典型RC框架结构,基于OpenSEEs平台建立了考虑节点剪切变形的典型RC框架结构集中塑性铰模型,并采用IDA分析方法得到各典型结构的IDA曲线与倒塌点;分析设防烈度、层数及跨度对倒塌储备系数的影响,评估RC框架结构在大震及特大地震下的抗地震倒塌能力。结果表明:按中国现行规范设计的RC框架结构的抗倒塌储备系数CMR与设防烈度和层数存在负相关关系,而与跨度的相关性较弱;符合现行规范设计的RC框架结构满足大震不倒的设防要求,但其抵御特大地震作用的能力明显不足,其中,7.5度设防RC框架结构的抗倒塌能力最弱。

17层钢框架在北岭地震下的破坏预测

为进一步研究累积损伤退化对钢框架整体抗震性能的影响,并将考虑损伤退化的等效本构模型应用到实际工程之中,选取在1994年北岭地震中受到严重破坏的17层钢框架进行分析。分别建立等效本构模型以及集中塑性铰模型,通过输入实际地震波进行动力时程分析,对结构变形、破坏模式以及破坏位置进行预测,探讨考虑损伤和不考虑损伤的模型计算结构地震响应的差异。分析结果表明:等效本构模型能够较为准确地预测钢框架在强烈地震作用下的变形和破坏特征,与实际情况较为吻合,对传统模型进行改进,提高计算精度。由于构件和节点损伤,整体结构的实际变形会明显大于不考虑损伤模型的计算结果,如果不考虑此影响,可能会引起设计安全隐患。

带剪切连梁的双柱式桥墩抗震性能分析方法与试验验证

在带剪切连梁的双柱式桥墩拟静力试验研究基础上,该文建立了带剪切连梁的双柱式桥墩的集中塑性铰和纤维单元分析方法并进行了抗震性能分析,比较分析了各模型的墩柱剪力-位移滞回曲线及其骨架曲线与耗能能力、剪切连梁滞回曲线及其耗能能力等性能参数。结果表明:采用集中塑性铰和纤维单元分析方法预测的抗震性能与试验结果吻合较好,且两种分析方法能合理反映桥墩最大荷载后的强度下降、刚度退化和耗能水平下降等现象,表明该方法是分析带剪切连梁的双柱式桥墩抗震性能的有效可靠方法。