近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明:当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。

基于机器学习的填充墙RC框架震后损伤快速评估

填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架是最常见的结构形式之一,实际震害和试验研究中发现填充墙对RC框架的抗震性能影响很大。为实现填充墙RC框架震后损伤状态准确、快速评估,首先根据不同的建筑结构信息(设防烈度、建造年代、层数、层高、跨数和填充率)设计了660个填充墙RC框架,结合10条地震动在OpenSees中对660个结构进行非线性时程分析,得到了6600个数据点,形成了填充墙RC框架震损评估模型建立的数据集。基于该数据集,采用朴素贝叶斯(naive Bayes,NB),K最近邻(K-nearest neighbors,KNN),决策树(decision tree,DT),人工神经网络(artificial neural network,ANN),随机森林(random forest,RF),自适应提升(adaptive boosting,AdaBoost),极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost),轻量级梯度提升(light gradient boosting machine,LightGBM),类别提升(category boosting,CatBoost)共9种机器学习的算法,建立了预测填充墙RC框架震后损伤的预测模型。研究结果表明:RF和CatBoost模型对损伤等级预测的精度最高,在测试集的准确率均达到0.93。紧随其后的是LightGBM和XGBoost模型,这些模型的准确率均超过了0.90。与实际震损数据对比,RF和CatBoost模型预测准确率均为47%,但CatBoost模型的预测误差在1个损伤等级范围内的准确率为76%,高于RF模型。基于CatBoost模型进行了不同输入变量的重要性分析,发现对填充墙RC框架震损影响最大的是设防烈度(seismic design intensity,SDI)、峰值地面速度(peak ground velocity,PGV)、0.4 s的谱加速度S_(a)(0.4 s)。此外,随着结构层数越多,楼层数量(n_(s))对结构的震损等级影响也越大。

考虑剪切效应的RC框架梁数值分析

为对RC框架梁进行抗震性能分析,文中基于OPENSEES,分别采用纤维模型和考虑剪切作用的纤维模型对RC框架梁进行数值建模分析,通过对比分析发现,考虑剪切作用的纤维模型对RC框架梁进行静力推覆析时,数值分析结果与试验结果符合较好,可以较好的模拟RC框架梁在地震作用的受力性能,为对RC框架梁进行数值建模分析及地震易损性分析提供了一种新方法。当在强烈地震作用下,RC框架梁进入非线性反应阶段,骨架曲线甚至进入下降段,结构的承载能力急剧下降,变形也逐渐增大,结构面临倒塌的危险。因此,地震反应分析中模拟RC框架梁构件在骨架曲线下降段的力学性能尤为重要,文中建模方法可较好模拟RC框架梁构件在地震反应分析中骨架曲线下降段的力学性能,可为RC框架结构抗倒塌分析奠定理论基础。

基于多尺度模型的RC框架撞击倒塌响应数值分析

为了在保证计算精度的同时提高撞击荷载作用下RC框架结构连续倒塌分析的计算效率,基于有限元软件LS-DYNA,建立了撞击响应分析的多尺度模型。针对该模型分别采用拆除构件法和撞击全过程分析法分析了撞击荷载下框架结构的连续倒塌动力响应。结果表明:拆除构件法在分析撞击作用下结构的连续倒塌时,由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度,低估了结构的动力响应,不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式;多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式,同时计算时间仅为精细模型的三分之一,满足整体结构系统撞击倒塌分析的需要。

多遇地震下填充墙侧向刚度对RC框架结构抗震性能的影响

目前,我国RC框架结构抗震设计通常采用纯框架模型:将填充墙作为非结构构件,不考虑其抗侧力作用仅将墙体重量当作外荷载加到计算模型上,通过减小结构自振周期考虑填充墙对结构整体刚度增大作用。然而,多遇地震下填充墙具有一定的抗侧刚度,在其影响下纯框架计算模型是否合理有待商榷。针对该问题,建立考虑填充墙布置的RC框架结构计算模型,并进行线性动力时程分析。对计算结果进行分析表明:当填充墙均匀布置时,从框架部分承担水平地震作用力方面考虑纯框架模型是合理的,而从框架柱轴压力方面考虑又是不合理的;当填充墙不均匀布置时,结构抗震性能的各个指标均有很大的不同,纯框架模型是不合理的。

RC框架震损修复过程动力特性测试有限元分析

对一栋相似比为1∶4的8层双跨混凝土框架,进行了初次振动台试验、环氧树脂注胶修复以及再次振动台试验。采用有限元程序ABAQUS模拟上述试验过程,对于实际结构刚度的变化在ABAQUS中用材料的弹性模量变化模拟,根据试验测得每层刚度减少或者增加程度来改变ABAQUS模型中各层的弹性模量值,材料初始弹性模量值由材料试验测得,震损和修复过程按照实测楼层刚度的折减系数折减或者恢复。模拟结果表明,初次振动台试验以及再次振动台试验的模拟结果与实测值吻合较好,注胶修复过程的有限元结果小于实测值,说明采用地脉动法和初位移法测定的震损结构的频率偏高,因此在实际工程中,采用上述方法评估的结构震后的损伤程度可能会低估结构的损伤水平。

填充墙对RC框架结构抗震性能影响及其模型研究

针对填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,结合汶川地震,分析了填充墙钢筋混凝土框架结构产生震害的原因.在总结国内外大量关于填充墙对钢筋混凝土框架结构承载能力、刚度、变形等性能影响研究成果的基础上,探讨了建立合理的填充墙模型对研究过程的难易程度及研究结果精确度的重要性,并对此进行了分析,提出了相关建议,为今后填充墙模型研究提供参考.

复杂截面RC空间框架结构非线性分析

由于异形柱的截面形状与墙身一致,避免了结构柱在建筑平面中的外凸,增加了建筑可用面积,近年来在结构设计中应用日益广泛。文中运用自编的基于纤维模型柔度法非线性分析程序,对3座底层抽柱的异形柱钢筋混凝土空间框架进行了程序分析,并从骨架曲线和滞回曲线两个方面与试验结果进行了比较,表明骨架曲线计算与试验值吻合得很好,验证了基于纤维模型有限单元柔度法非线性分析程序适用于空间框架,而且对于抽柱的不规则结构也适用。

基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估

为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:该文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。

RC框架结构合理破坏机制的实现

为使RC框架结构在强震中有效形成合理的破坏机制,提高其抗震性能,采用OpenSees平台模拟变轴力柱弯曲性能和结构反应下降段的基于柔度法纤维模型,考虑楼板及板筋、结构超强、内力重分布等影响因素,对按现行规范设计的各设防烈度区6层规则框架进行非线性Pushover分析,考察了我国抗震规范中强柱弱梁措施的有效性及控制效果的影响因素,与汶川地震震害现象进行对比,并通过算例分析探讨了实现以梁铰为主的合理破坏机制的有效措施.分析结果表明:大震下6度区框架出铰较少,7度、8度区框架以柱铰为主,并出现了层侧移机构,结构抗震能力不足,与震害现象基本相符9,度区形成了以梁铰为主的梁柱铰机构.现行规范措施除9度区以外均不能实现框架结构预期的破坏机制,提高强柱弱梁系数、减小轴压比和提高小震设计地震力等措施可有效避免柱铰机制.

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。

注胶修复RC框架结构模型振动台试验与分析

一栋相似比为1/4的8层双跨混凝土框架经初次振动台试验,发生初次震损后,采用环氧树脂注胶修复技术对框架损伤区域的裂缝进行修复,然后再次进行振动台试验。针对两次振动台的试验结果,本文着重从模型破坏情况、结构最大反应、楼层剪力、楼层抗侧刚度及滞回耗能等方面综合比较混凝土框架模型在初次振动台试验、再次振动台试验中抗震性能,以此评价高强胶黏剂修复技术修复混凝土框架结构的有效性。结果表明:经过修复,框架模型的顶层最大相对位移和层间位移角减小;修复模型的抗侧刚度要大于初始模型;修复后,框架模型由节点区破坏(梁柱交界面)转移到梁端塑性铰破坏,破坏模式的改变使得滞回耗能总量增大。可以认为,本文采用的方法对框架结构的地震损伤修复具有较好的效果。

弹塑性模型RC框架计算机内力分析

基于 RC框架弹塑性模型 ,利用逐步迭代法分析了 RC框架内力位移的弹塑性变化过程 ,并编制了相应的内力位移分析及演示程序 ,结果符合内力位移的变化规律 .

汶川地震中典型RC框架结构的震害仿真与分析

四川汶川地震中,一些钢筋混凝土框架结构柱端出现严重的塑性铰,而梁端震害反而较轻,该结果不符合抗震设计的预期目标。基于地震灾区某典型框架结构的震害调查,对该框架结构进行深入的有限元仿真分析。保持该框架结构质量分布基本不变的情况下,建立3种不同的计算模型:①纯框架模型;②带楼板的框架模型;③带楼板-填充墙的框架模型。对3种模型分别进行三维弹塑性时程动力分析,分析中采用本次地震中什邡八角镇的强震记录。分析结果表明,按照规范设计的框架结构无法保证"强柱弱梁"抗震设计目标的实现;填充墙的存在影响结构的破坏机制,填充墙上下设置不均匀容易导致框架软弱层。建议框架结构的设计应充分考虑楼板和填充墙对框架抗震性能的影响,适当提高柱的刚度和承载力,结构弹塑性分析应采用考虑结构楼板和填充墙的计算模型。

大型火力发电厂SRC框架柱-RC分散剪力墙主厂房混合结构体系抗震性能试验研究

针对我国高烈度区大容量机组火力发电厂钢筋混凝土框排架主厂房"先天不足"以及钢结构主厂房造价高的现状,现提出采用型钢混凝土(SRC)框架柱—钢筋混凝土(RC)分散剪力墙混合结构体系作为主厂房框排架新型结构体系。根据该结构体系特点,选取三榀三跨结构进行1∶7比例空间模型抗震性能拟动力和拟静力试验,研究该新型结构体系在水平地震作用下的受力特点,刚度退化规律、结构滞回性能、变形性能和薄弱部位等。研究结果表明,该新型框排架结构体系能够满足"小震不坏、大震不倒"的设防要求,结构的位移-荷载滞回曲线较饱满,结构的耗能能力和变形性能较强,薄弱部位发生在汽轮发电机运转平台层处,实际设计中应加强注意。该混合结构体系能够满足8度地区大容量机组主厂房结构的抗震要求,是一种值得大力推广应用的新型结构体系。

基于纤维模型RC框架结构非线性全过程分析

纤维模型对梁、柱单元非线性全过程分析能有更加精确和完整的把握,是目前结构非线性分析模型的研究热点,而在极限承载力附近的计算发散问题,一直是困扰混凝土结构非线性全过程分析的关键问题。本文基于纤维模型提出了一种可以用于混凝土结构全过程分析的算法,编制了柔度法分析程序,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了全过程非线性静力分析。同试验结果的对比表明,程序具有较好的分析非线性问题的能力。

RC框架-剪力墙结构的弹塑性时程分析

目的为简化计算过程,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构的宏观力学模型,考虑剪力墙边柱对扭转的贡献,对框-剪结构进行非线性分析.方法在这一宏观模型中,对钢筋混凝土框架-剪力墙整体结构采用杆系-层模型,混凝土柱和剪力墙采用简化的宏观有限元模型,对钢筋混凝土中的钢筋和混凝土采用不同的恢复力模型进行模拟,结构的反应通过时程分析法获得,并与偏心结构的振动台试验结果进行对比.结果当结构的多数构件的破坏并不十分严重时,整个结构表现出很好的弹性性质,当结构多数构件已经产生一定程度的破坏,且个别构件破坏严重时,整个结构的非线性性质表现明显.计算的钢筋混凝土框剪结构的弹塑性地震反应与试验值符合较好.结论证明了笔者方法是简单而有效的.且结构的偏心将使结构产生扭转,这将使结构的角柱的负担加重,因此,在结构的非线性分析中应充分考虑偏心结构在地震动作用下的扭转效应.

考虑节点变形的RC框架梁单元模型

现有结构弹塑性分析软件大部分都是假定钢筋混凝土框架节点完全刚性,不发生任何损伤和破坏.但对于某些工程而言,当遭遇中震或大震时,节点处梁筋的粘结滑移及节点开裂或破坏就变得在所难免,这就不符合节点刚性的假定.本文根据已有的实验结果和结构理论分析了相应的节点变形,最后探索性地提出了一种考虑节点变形的RC杆件单元模型概念,以供在混凝土框架结构弹塑性地震反应分析中参考.

RCZ形柱框架节点拟静力试验有限元分析

基于钢筋混凝土Z形截面柱框架节点低周反复加载试验结果,运用有限元软件ANSYS14.5对其进行非线性模拟.针对Z形柱框架节点本身形状相对规整且内部配筋构造相对复杂的实际情况,根据配筋的实际位置,采用直接生成建模方式建模.利用不同ANSYS的弹塑性材料MKIN模型及MISO模型与不同的混凝土的本构关系Hongnestad模型、Rush模型、Sargin模型进行组合来分别模拟混凝土的材料特性,以研究不同的钢筋混凝土材料模型对模拟结果的影响.研究表明:MKIN+Sargin的组合模拟结果与试验结果吻合较好,此外不同的收敛精度控制对模拟结果也有一定的影响.

复合加固震损RC框架抗震性能试验研究

碳纤维布和角钢混合加固后能有效提高结构承载能力及延性,发挥二者材料性能各自优势。采用纤维布、纤维布加角钢及增设斜支撑3种方法对震损RC框架进行加固,开展低周往复加载的抗震性能试验研究,结果表明:采用纤维布加固后未能明显提高节点协调梁柱变形能力,梁端破坏严重,节点处纤维布随混凝土一起脱落,承载力未恢复到震损前承载力;复合加固后节点及柱脚均未发生明显破坏,实现了强节点弱构件的抗震设计原则,采用斜支撑加固后,能明显提高框架承载力及刚度,但发生锚栓失效,导致承载力快速降低,故应提高锚栓承载富余量;复合加固后试件承载能力明显提高,滞回曲线更饱满,累积耗能能力更强,经受循环加载次数明显增多,承载力降低系数减小,角钢提高了节点抗破坏能力,角钢与支撑配合使用更能明显提高试件刚度及承载力;综合考虑抗震性能、经济性、加固工艺,选用CFRP布与角钢复合加固工艺,能很好地实现对震损框架的加固。