扩孔螺栓连接型耗能段力学性能试验研究

扩孔螺栓连接型耗能段由短剪切型耗能段和剪切扩孔型螺栓连接组成,可有效地提高耗能段的延性和耗能能力,并减小耗能段损伤,由此提高偏心支撑结构震后功能恢复能力。分别设计1个短剪切型耗能段、3个考虑摩擦滑移的扩孔螺栓连接型耗能段、1个普通扩孔螺栓连接型耗能段试件,并进行低周往复加载研究,得到其变形或破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和力学模型等。试验结果表明,扩孔螺栓连接型耗能段先后经历摩擦滑移和耗能段承载2个过程,且破坏模式和承载力均与纯短剪切型耗能段相同。所得力学模型中,短剪切型耗能段包括弹性、弹塑性和塑性段;考虑摩擦滑移试件包括弹性和滑移段;扩孔螺栓连接型耗能段包括弹性、滑移、弹塑性和塑性段,且在达到相同位移时耗能段变形和损伤将明显减小。最后,对扩孔螺栓连接型耗能段进行有限元分析,可准确模拟其滞回曲线和破坏模式。

基于振动响应的钢筋桁架叠合板的舒适度研究

为了研究应用于住宅楼楼板的钢筋桁架叠合板的振动舒适度问题,通过试验研究了整体式连接钢筋桁架叠合板在人致激励荷载作用下的振动响应。试验设计了单人行走、3人不同步行走和3人同步行走3个荷载激励,并对单人行走荷载设计了纵向行走、横向行走和对角线行走3条路径,研究分析叠合板在不同人致激励下和行走路径的振动响应;同时建立叠合板精细化有限元模型,分析板底保护层厚度、桁架高度、混凝土与钢筋密度比和模量比对叠合板自振频率的影响。结果表明:人致激励下的峰值加速度沿层高的增大而增大,荷载工况的峰值加速度由大到小依次为3人同步行走、3人不同步行走、单人行走,单人行走下峰值加速度与行走路径无关;叠合板自振频率随板底保护层厚度的增大而减小,在桁架钢筋高度为80 mm达到最大,与混凝土和钢筋密度比成反比,与混凝土和钢筋模量比成正比。

新型土坯墙建筑地震模拟振动台试验研究

为研究新型土坯墙结构体系的抗震性能。设计制作了一个平面尺寸为3.6 m×3.0 m,层高2.45 m的一层足尺新型土坯墙建筑试验模型进行振动台试验,试验选取El Centro波和云南鲁甸波分别在X、Y向进行单向地震波加载,实测了试验模型在峰值加速度为0.10、0.22、0.40、0.62、0.90 g的地震作用下的频谱特性、加速度反应、位移反应、扭转反应和暗柱钢筋应变反应的规律。研究结果表明:模型仅在超9度罕遇烈度时发生轻微破坏,其他地震激励下未出现明显开裂、破坏现象;随着地震激励增大,模型自振频率无明显变化,加速度放大系数逐渐降低,最大放大系数为屋面处的3.666;层间位移角在峰值加速度为0.62 g时达到最大为1/399;因模型基本均匀对称,其结构整体扭转效应不明显;暗柱钢筋的应变值随地震激励的增大逐渐增加,但钢筋应变值较小,钢筋的性能未能充分发挥。综上所述,该新型土坯墙模型具有良好的抗震性能,研究为扩大土坯建筑应用范围提供了试验依据。

基于强震记录的钢结构楼层峰值加速度放大系数研究

楼层峰值加速度放大系数,即房屋在地震作用下楼层加速度峰值与地面加速度峰值的比值(PFA/PGA),在非结构抗震设计中是十分重要的参数之一。文中基于美国CESMD强震记录数据库中的真实结构强震记录,分别计算了3类典型钢结构(钢框架结构、中心支撑钢框架结构以及偏心支撑钢框架)的楼层加速度放大系数值,按照不同的高度区间以及美国抗震设计分类,系统分析了3类钢结构放大系数随结构高度变化的规律,同时对比了各国规范对放大系数的取值。结果表明,3类钢结构放大系数大小关系为:中心支撑钢框架结构相对最小,钢框架结构居中,偏心支撑钢框架结构相对最大,且3类钢结构的楼层峰值加速度放大系数沿结构高度的变化呈现不同的规律,而各国规范均采用单一的规定,故各国规范对3类结构放大系数的包络性也不尽相同。

锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性评估

随着时间的增长,暴露于环境中的钢筋混凝土结构会不断地发生混凝土劣化和钢筋锈蚀,一旦发生地震等灾害,将会给结构带来较大损伤。采用基于纤维梁单元的时变锈蚀损伤模型,综合考虑了钢筋混凝土的大部分潜在锈蚀损伤模式,包括钢筋截面损失和钢筋压缩屈曲效应的劣化、保护层混凝土和核心混凝土的退化、以及应变渗透效应劣化。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性进行了评估。建立了该框架在未锈蚀状态和3种不同锈蚀程度下的OpenSees有限元模型,采用非线性静力分析,考虑腐蚀情况下结构的震前系统功能损失。并通过非线性时程分析获得地震易损性曲线,计算震后由钢筋混凝土结构损坏和相关停工时间引起的直接和间接损失。考虑了线性、三角和负指数等3种恢复函数,并根据结构的损坏程度确定了震后修复时间,计算了结构在不同地震强度和锈蚀程度下的抗震韧性。结果表明,地震强度小于0.2 g时,抗震韧性基本保持不变,地震强度超过0.2 g时,结构抗震韧性曲线随着地震强度增加呈现明显的下降趋势,当地震强度达到0.8 g时,15%锈蚀率的结构抗震韧性降低到0.51;锈蚀率低于10%时,结构抗震韧性随着锈蚀程度增大而减小,但当锈蚀程度大于10%后,结构随着锈蚀率的增加,抗震韧性曲线基本保持重合。

双钢板混凝土剪力墙基于性能的变形指标限值研究

为更好地评估双钢板混凝土(SCS)剪力墙的变形性能,文中提出了SCS剪力墙的破坏形态划分准则,并以构件的各材料应变极限值为标准来判别构件的性能状态,提出了SCS剪力墙性能状态划分标准。并依照现行规范设计432个SCS剪力墙进行有限元分析,以轴压比、剪跨比、暗柱配钢率、墙身配钢率和暗柱配筋率为控制参数,研究其对构件各性能状态位移角限值的影响,得到SCS剪力墙各性能状态的位移角限值。研究结果表明:发生剪切、弯曲、弯剪破坏的构件,剪跨比、轴压比对其位移角限值影响较大;发生剪切破坏的构件,墙身配钢率对其位移角限值的影响较大;发生弯剪或弯曲破坏的构件,暗柱配钢率对其位移角限值的影响较大。对数值计算结果进行回归分析,拟合得到SCS剪力墙各性能状态的位移角限值计算公式,为SCS剪力墙基于性能的抗震设计与性能评估提供参考。

单檐庑殿古建筑模拟地震振动台试验研究

庑殿建筑作为最高等级的古建筑形式,多用于宫殿、坛庙、重要门楼等,为研究该类建筑的抗震性能,进行了1个1/2缩尺单檐庑殿顶古建筑模型模拟地震振动台试验,获得了不同输入地震动不同水准下单檐庑殿建筑的动力响应和破坏现象,总结了柱顶石、围护墙与木构架间的相互作用、榫卯结构的变形规律等。研究表明:柱底与柱顶石间相对滑移削弱了上部结构的地震响应,减震效果良好;输入地震动强度较大时,小额枋、额枋垫板榫头轻微拔出,大额枋榫头连接牢固,木构架的整体性良好;庑殿顶与木构架间通过斗拱连接,有一定的变形能力,在保证结构整体稳定性的同时,增强了结构的耗能能力,提高了该类建筑的整体抗震性能。

区域供水管网综合抗震能力评估方法

为了评估大区域供水管网的综合抗震能力,分析了城市供水管网脆弱性的影响因素,并基于行业年鉴等数据资源建立了中国大陆区域供水管网综合抗震能力分析数据库。利用突变理论和模糊综合评价模型,建立了区域供水管网抗震能力评估指标体系,提出了区域综合抗震能力评估方法,结合720个城市供水管网管材、场地类别、城市类别、抗震设防等数据和评估影响指标,计算了每个城市基础抗震能力、供水管网自身抗震能力和综合抗震能力指数。建立了区域基础抗震能力分级和供水管网综合抗震能力分类标准,对中国大陆城市供水管网进行了分级和分类。利用ArcGIS计算并绘制了区域基础抗震能力分级图和供水管网综合抗震能力分类图。

填充墙RC框架结构加固方法的研究现状及展望

综述了用于提高填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能和改善结构损伤模式的几类加固措施,从工艺、加固效果和破坏形式3个角度进行了分析。在建筑结构设计过程中,填充墙通常被视为一种典型的脆性非均质非结构构件,忽视了填充墙与RC框架之间的相互作用。地震调查报告表明,在结构遭受地震作用时,填充墙通常先于钢筋混凝土框架发生破坏,未经合理设计的填充墙RC框架结构将在地震作用下产生严重不良后果。试验结果和数值模拟分析结果证明,砌块的强度越低、砂浆的强度越高,结构的承载能力和刚度退化越慢、耗能能力越好。文中根据目前已有的建筑材料改性试验结果,从改性机理出发,分析了一系列有利于提高结构抗震性能的新型材料,并对结构的设计方案进行了探讨。

基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法

复阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,但自由振动解中存在发散项。基于复阻尼模型的等效滞变阻尼模型不仅保留了相应的优点,且克服了时域发散的缺陷。本文在模态叠加法的基础上,提出了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法,并利用时域精确解验证了所提方法的正确性。在此基础上,以反应谱和相关系数为分析对象,对比了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法和基于黏性阻尼模型的反应谱CQC法。算例分析表明:小阻尼比情况下,两种方法的计算结果近似相等;大阻尼比情况下,两种方法计算所得的反应谱值和相关系数皆差异较大;大阻尼比结构需依据结构材料的阻尼特性,选择合适的反应谱CQC法。

基于带压缩因子粒子群算法标定设计反应谱

粒子群优化算法是模拟群体智能所建立起来的一种全局优化算法,在解决多参数非线性函数的优化问题上具有良好的性能,为了有更好的收敛精度和更快的收敛速度,本文构建了带有压缩因子的粒子群算法,可用于设计反应谱的标定。利用这一方法可给出第一拐点周期、特征周期、平台值和衰减指数等刻画设计反应谱特征的参数值。本文以埃尔森特罗台(El Centro)加速度时程的反应谱标定为例,采用本文提出的改进粒子群算法、Newmark三参数法、双参数法和差分进化算法对其进行标定。对比分析了4种标定方法给出的特征参数及计算精度,实例证明,改进粒子群算法具有较高的精度,给出的设计反应谱较好地反映了地震反应谱的特征。

盆地深度对盆地地表地震动及次生面波的影响

采用显式有限元与透射边界相结合的方法,以及一种同时考虑频率、视波速及极化特征的Rayleigh面波提取方法,研究了盆地深度d对盆地地面运动、盆地放大效应及次生面波的影响。结果表明:相比水平成层模型,紧邻盆地边缘区域的地震动被抑制,抑制区的范围随d的增加逐渐扩大。对水平分量,盆地地表位移峰值放大1.1~1.25倍,最大放大系数(AF)随d的增加而减小,其位置从盆地边缘向内部移动。对垂直分量,峰值可达一维模型水平分量的0.92倍,最大AF位于盆地边缘,且平均AF随盆地深度的增加而增大。随盆地深度的增加,水平和垂直分量的面波幅值均增大。面波幅值最大值出现于盆地中间区域,同时在盆地内有明显振荡。盆地深度较小时,基底多次反射体波引起多次面波生成,显著延长面波持时。水平分量的面波幅值与地震动峰值之比随盆地深度的增大而增加,最大比值0.7左右;垂直分量这一比值在盆地内部基本维持在0.65上下。

新型预制预应力混凝土框架结构有限元分析

为了研究新型预制预应力混凝土框架结构的抗震性能,本文采用ABAQUS软件对试验节点进行有限元分析,验证了建模方法的正确性,并以试验节点为原型,建立相应的两层两跨的新型预制预应力混凝土平面框架模型。采用低周往复加载方式分析了新型预制预应力混凝土框架结构和现浇框架结构的滞回性能,并模拟了新型预制预应力混凝土框架结构在不同的初始荷载、预应力筋数量及控制应力和U形筋配筋率下的滞回性能。结果表明,新型预制预应力混凝土框架和现浇框架的滞回性能非常接近;框架轴压比、预应力筋数量和U形筋配筋率对新型预制预应力混凝土框架的滞回性能有影响,而梁上荷载和预应力筋控制应力的影响较小。

框架结构的输入地震动记录调幅方法试验研究

为了确定框架结构弹塑性时程分析时输入地震动记录的调幅方法,本文利用一个1/40比例的框架结构振动台试验研究了四种地震动记录调幅方法的适用性。利用四种地震动记录调幅方法对20条地震动记录调幅,通过振动台依次输入不同周期的框架结构中,通过分析结构顶层的层间位移角和最大加速度两个参数的变异系数,确定最适宜此种结构体系的地震动记录调幅方法。研究表明,当结构的基本周期可以准确确定时,利用S_a(T_1)调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当结构的基本周期不确定时,利用MIV调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当周期有30%的变化时,ASCE调幅方法引起结构的最大加速度的变异系数波动不大,相对比较稳定;无论何时PGA调幅方法得到的变异系数都是最大,表明此法得到的离散程度最大。建议在对框架结构进行时程分析时,对于确定性周期的结构采用S_a(T_1)调幅方法,对于不确定性周期的结构采用MIV调幅方法,ASCE和PGA调幅方法不宜采用。

16WCEE非结构构件抗震热点研究综述

随着结构抗震理论的不断发展和完善,结构抗震技术已经能够满足三水准设防的性能要求,但是近年发生的数次大地震中,均表现出新的震害特征——非结构构件的严重震害。结构内部的非结构构件的严重损伤造成了巨大的经济损失和长久的功能丧失,因此非结构构件基于性态的抗震研究逐渐引起专家学者的重视。本文简要介绍了16WECC会议上投稿的有关非结构构件的论文,主要包括:非结构填充墙的研究、非结构隔震减震技术的研究以及采用楼面反应谱法计算非结构抗震性能的研究。总结了非结构构件热点研究方向并给出了未来发展趋势的建议。

台网密度对地震烈度速报的影响研究

国家地震烈度速报和预警工程实施后,地震台网密度将发生很大变化,这将对地震烈度速报产生影响。本文以台湾简易烈度计网(P-alert)记录到的高雄M6.7级地震为基础,模拟了全国重点预警区、日本和美国等四种密度的台网,通过比较和分析四种台网的烈度速报结果,研究台网密度变化对地震烈度速报造成的影响,并讨论可能存在的问题。结果表明:台站分布均匀的情况下,台间距越小,控制烈度空间分布的总体趋势越好;密度较高的台网能更好勾画地震能量的释放过程,有助于评判破坏性地震中断层的破裂过程和方向等参数。本文研究结果可为国家工程中烈度速报研究提供一定参考和借鉴。

悬臂摩擦式自复位RC框架节点的试验研究

本文提出了一种悬臂摩擦式自复位混凝土框架节点,并通过8次低周反复加载试验,对节点在循环荷载下的复位机制和耗能特性进行研究,分析钢绞线预应力、螺杆预应力对于节点性能的影响。试验结果表明,悬臂摩擦式自复位混凝土框架节点具有良好的自动复位能力与耗能能力,节点的张合由悬臂端与梁端的相对转动完成,从而使框架柱的受力更为明确,同时外包钢板避免了混凝土构件在相对转动时的局部受压破坏。节点的转动刚度与预应力筋的抗拉刚度呈正比,预应力螺杆正应力的增大和悬臂长度的增加均能够提高节点的耗能能力,提高节点的自复位能力则有赖于预应力筋初始张拉力的增大。为保证节点的滞回能力,应加强悬臂端钢筋在框架柱中的锚固。

地下隧道横截面内地震动土作用分析

地下隧道抗震分析的关键在于确定地震过程中隧道所受的地震作用,亦即地震动土作用。本文采用间接边界元方法,求解了弹性基岩上覆层状场地中地下隧道所受的横截面内地震动土作用,通过参数分析揭示了地震动土作用的峰值大小、空间分布等基本规律。研究表明,土-隧道动力相互作用对地震动土作用的空间分布形式影响较小,地下隧道结构横截面内所受地震动土作用的空间分布形式与隧道相应位置处自由场土层应力空间分布形式基本一致;土-隧道动力相互作用对地震动土作用有明显放大效应,隧道主要位置点的水平动土作用和竖向动土作用与隧道相应位置处自由场土层应力相比分别放大1.4-2.0倍和1.2-1.6倍;随隧道埋深的增加,隧道所受地震动土作用呈明显增大趋势。最后在此基础上提出了横截面内地震动土作用的一个简化计算方法。该简化方法基于自由场地震响应分析,采用动力放大系数来考虑土-隧道动力相互作用,方法简单实用,计算精度可以满足工程需求。

插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力分析

在地震荷载作用下,水平接缝处为装配式剪力墙结构的薄弱部位。为了研究带插筋灌浆连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗侧承载力,并比较其与现浇钢筋混凝土剪力墙承载力的区别,本文在已有试验的基础上对现浇和插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙进行了有限元建模。在此基础上,本文定义了插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力折减系数并分析了轴压比、墙肢截面高度、墙肢厚度、灌浆料强度和插筋配筋率等参数对插筋灌浆连接装配式剪力墙破坏形态及承载力折减系数的影响。基于参数分析结果进行非线性回归分析,提出了插筋灌浆连接预制钢筋混凝土剪力墙承载力折减系数的简化计算公式。在工程参数的合理应用范围内简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好,可为插筋灌浆连接装配式预制钢筋混凝土剪力墙的抗震设计提供参考。

隔层楼盖不确定性高层结构地震损伤研究

为尊重客户需求,增大层高便于客户选择复式套型的高层建筑成为时尚。隔层楼盖的不确定性布置易形成竖向不规则高层建筑结构,在地震作用下容易形成楼层屈服机制,而隔层楼盖不确定性对(超)高层建筑结构抗震性能的影响鲜有报道。本文以常用高层框架-剪力墙结构为研究对象,在满足设计要求的条件下,考虑9种隔层楼盖布置情况,利用有限元软件Perform 3D对结构进行静力与动力弹塑性分析,从基于极限承载力与刚度的冗余度系数、罕遇地震下结构的位移反应、滞回耗能、材料损伤等方面,研究隔层楼盖不确定性对竖向不规则高层结构抗震性能的影响。研究表明:隔层楼盖数量不确定性导致框剪结构承载力与刚度最大分别下降45.7%与46.9%;当去除所有隔层楼盖时,最大层间位移角平均值比原结构大40.4%,剪力墙滞回耗能最大达原结构的1.47倍,剪力墙材料损伤也较为严重。当去除结构总高一半以下所有隔层楼盖后形成了最不利结构,剪力墙滞回耗能比去除全部隔层情况大37.72%,剪力墙材料损伤也最为严重。建议设计中应充分考虑隔层楼盖不确定性进行包络设计,实际中应控制隔层数量不少于总数的50%,且应对结构下部去除隔层楼盖楼层进行加强。