按现行规范设计的Ⅷ度区RC框架结构的倒塌性能评估

选取按照现行规范设计的既有建筑进行有限元建模,考虑地震动的不确定性对其进行大量增量动力分析(IDA),得到模型的IDA曲线簇。在此基础上对其进行地震需求概率分析和概率抗震能力分析,拟合得到结构的易损性曲线,据此对结构的倒塌概率进行定量评估,并比较基于非线性分析与性能评估软件PERFORM-3D的纤维模型和塑性铰模型的分析结果。结果表明:按照我国现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架结构,在预期的罕遇地震作用下倒塌概率较小,可满足"大震不倒"的要求;基于PERFORM-3D的截面纤维模型所得的RC框架结构,经非线性分析所得的倒塌概率相对保守,安全储备更高。     

考虑结构构件退化特性评估大震下RC框架抗整体性倒塌能力

基于大震和特大震下倒塌率目标的抗震分析与设计是结构抗震领域的主要发展方向,而大震及特大震作用下结构抗整体性倒塌能力的准确评估是其中的关键科学问题。首先对国内外结构抗整体性倒塌能力的研究工作进行了总结,重点介绍了多种微观和宏观本构模型特性及大震作用下考虑结构构件退化特性对抗整体性倒塌能力的影响。在此基础上,详细阐述了通过增量动力分析获得结构抗倒塌能力易损性曲线及确定结构抗倒塌能力极限状态的方法。最后以一个RC单层单跨平面框架结构分析模型为例,利用OpenSees分析软件,研究了钢筋后期强度退化对结构抗整体性倒塌能力评估结果的影响,结果表明不考虑钢筋后期强度退化会明显高估结构的抗倒塌能力。     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

基于单地震动记录IDA方法的结构倒塌分析

增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)作为静力Pushover分析的动力拓展,可以全面、准确地分析结构的性能变化,尤其可以很好地分析结构倒塌这一动力失稳问题.本文基于单地震动记录的IDA方法,提出了"折半取中"原则,以确定结构倒塌极限状态点.以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别考虑钢筋强化模型、理想弹塑性模型和软化模型,对其进行倒塌分析.结果表明:钢筋的屈服后强化特性对结构抗倒塌能力具有显著的影响.     

学校多层RC框架结构地震倒塌机理研究

多层钢筋混凝土(RC)框架结构广泛用于学校、医院和办公建筑中,近年发生的多次破坏性地震中,大量RC框架结构发生粉碎性倒塌,造成大量人员伤亡。而位于同一场地的一般多层砖混结构反而不倒塌。这显示出工程界对RC框架倒塌机理的认识尚不深刻,抗震设计的结果与期望值还有很大差距。本文选取汶川地震中位于极震区的两栋典型结构作为研究对象,代表一般学校多层RC框架的漩口中学教学楼发生倒塌,而北川盐务局职工宿舍楼结构则由于底层框架柱增设适量翼墙而未倒。本文通过地震模拟振动台试验对两者的抗震性能进行了深入研究,剖析前者的倒塌机理,探讨翼墙-框架结构体系的地震响应特点。主要结果有:(1)依据国内外多次地震震害资料,总结了多层RC框架结构震害特点,重点对汶川地震极震区的两个具体结构的构造特点和实际震害进行描述。(2)通过振动台试验,研究了漩口中学结构模型地震响应规律、宏观破坏模式。依据各关键测点的实测数据和倒塌过程,分析了触发倒塌的主要原因。指出局部设置的半高填充墙显著增大了刚度,降低了延性,是倒塌的关键因素。(3)因框架柱增设适量翼墙,北川盐务局职工宿舍历经强震而不倒。对翼墙框架结构体系的概念和抗震机制进行介绍,基于翼墙框架结构和纯框架结构的pushover分析,对比研究了其抗震性能、损伤和屈服模式。(4)为研究翼墙加固RC框架体系在强烈地震作用下的抗震性能和加固效果,完成了一个缩尺比为1:4的翼墙-框架结构模型振动台试验,定量分析了结构在设防小震、中震、大震以及更高强度地震动作用下的受力特征、动力反应和损伤机制。并对试验模型与未加翼墙的纯框架数值模型进行了动力有限元分析,对比得到二者抗震性能的差异。通过以上研究证明,通过翼墙加固多层RC框架结构可以大幅提高多层RC框架的抗震性能,且经济实用、布置方便,可作为抗倒塌措施应用推广。     

不同底部层高的RC框架结构地震易损性分析

为研究不同底部层高的钢筋混凝土框架结构的易损性,应用SAP2000软件,采用动力增量分析法分别对设防烈度为7度和8度区6个不同底部层高的框架结构在地震作用下进行了非线性时程分析,得到了地震易损性曲线和结构在极限状态下的地震动强度指标,经回归拟合得到了不同设防烈度区的结构的失效概率公式和结构倒塌储备系数(CMR)。研究表明:结构在弹性阶段的耗能能力较差,在弹塑性阶段表现出较好的延性耗能能力。同一抗震设防烈度的RC框架结构倒塌储备系数CMR随着底部层高的提高而线性降低,底部层高较高框架结构的抗地震倒塌能力与底层层高负相关,基于IDA方法得到了不同底部层高RC框架结构的失效概率计算公式和抗倒塌储备系数线性拟合公式,可供工程设计参考。     

多层RC框架复合结构体系层间刚度优化设计方法研究

历次震害表明多层RC框架结构广泛出现以柱铰机制为根本原因的层屈服倒塌模式,研究表明采用附加抗侧构件形成复合结构体系能有效提高结构的抗地震倒塌能力。以控制多层RC框架各层层间位移一致,避免薄弱层出现为性能目标,提出了一种简单实用的获得结构各层最优抗侧构件刚度需求的设计方法,即基于静力弹塑性分析的刚度迭代方法。该设计方法能够考虑结构非线性性能的影响,并可自主设定设防目标,符合基于性态的抗震设计思想。最后给出一个抗震设计算例,并对其进行了抗震性能评估。     

基于增量动力分析方法的高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估

传统方法对高层建筑框架结构抗倒塌可靠性进行评估时,只是单纯的从整体角度进行分析,导致得到的结果不够精确,无法准确反映出高层建筑框架结构的抗倒塌能力。文章提出了基于增量动力分析的高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估方法,对高层建筑框架结构安全储备进行详细分析,获取建筑框架结构倒塌储备系数;在此基础上,采用增量动力分析法设定高层建筑框架结构抗倒塌能力系数,并根据该系数得到高层建筑框架结构抗倒塌可靠性评估流程。测试结果表明,所提方法得出的评估结果可信度较高,实现了高层建筑框架结构抗倒塌的准确评估。     

底商多层砌体房屋地震倒塌机理及加固方法研究

<正>我国地震多发且震害严重,震害的主要表现是人员伤亡,而导致人员伤亡的最重要因素是房屋倒塌。汶川地震显示,在我国中小城镇,地震破坏严重的建筑结构类型主要有底商多层砌体结构、多层RC框架结构、多层砖混结构,其中极震区底商多层砌体结构倒塌比率达85%。分析这类房屋倒塌机理,提出相应的抗倒塌设计方法及对既有建筑抗倒塌加固方法十分必要。本文通过对汶川地震极震区中底商多层砌体结构好、坏两种典型代表进行深入剖析,通     

RC框架结构地震倒塌易损性分析的实用方法

基于增量动力分析(IDA)的倒塌易损性分析方法是评估建筑结构抗地震倒塌能力的精细方法,但分析过程比较繁杂且非常费时。为了较快地评估建筑结构的抗地震倒塌能力,首先利用静力非线性(pushover)分析,获得结构倒塌能力的初步估计值aS*,然后将每个地面运动记录调整到aS*,对结构进行动力时程分析,记录结构的动力时程反应,利用IDA的思想得到结构的中值数倒塌谱强度?CTS。该方法与传统的增量动力分析方法相比较,可提高计算效率,计算精度也满足要求。     

基于IDA法与Pushover法的混凝土核心筒抗震性能对比分析

足够数量地震输入的增量动力分析方法（IDA方法）是目前最为真实和先进的模拟结构抗震性能手段,而静力推覆分析方法（Pushover Analysis方法）操作简单,更为实用,可以较好揭示结构从弹性到屈服直至倒塌过程中构件的工作状态。采用2种方法对钢筋混凝土核心筒算例进行评估,并作对比分析。结果表明,采用IDA方法得到的4个性能水平与Pushover方法得到的指标限值有一定误差,但均在一定范围之内,采用IDA方法得到顶点位移角限值偏大;采用单一侧力模式的Pushover方法无法完全体现高阶振型及地震动等因素的影响,造成Pushover方法分析结果与结构实际弹塑性地震响应有一定差异。     

基于IDA方法的交河故城金刚宝座式塔土建筑遗址地震易损性分析

增量动力分析（IDA）作为动力形式的静力推覆法,被广泛应用于建筑结构的抗震能力分析和性能评估中,但其在土建筑遗址地震易损性分析中的应用甚少。基于IDA方法尝试对交河故城塔林区金刚宝座式塔土建筑遗址进行在地震作用下的易损性和抗震能力分析,以谱加速度S_a（T₁,5%）作为地震动强度指标,最大层间位移角θ_max作为结构损伤指标进行IDA分析,得到土建筑遗址在一系列调幅地震动作用下的IDA曲线、地震需求概率模型和易损性曲线,计算出模型的倒塌率和CMR值。通过以上分析得出金刚宝座式塔的易损性和抗震能力,为今后土建筑遗址抗震保护提供理论基础和分析思路。     

Application of MPA to estimate probability of collapse of structures

This paper develops a modal pushover analysis‐ (MPA) based approximate procedure to quantify the collapse potential of structural systems. The computationally demanding incremental dynamic analysis (IDA) of the structural system is avoided by MPA of the structure in conjunction with empirical equations for the collapse strength ratio for the first‐mode single‐degree‐of‐freedom (SDF) system; higher modes of vibration play essentially no role in estimating the ground motion intensity required to cause collapse of the structure. Presented are collapse fragility curves for 6‐, 9‐, and 20‐story regular special moment‐resisting teel frames computed by the exact and approximate procedures, demonstrating that the MPA‐based approximate procedure requires only a small fraction (1% in one example) of the computational effort inherent in exact IDA and still achieves highly accurate results. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

A novel structural detailing for the improvement of seismic and progressive collapse performances of RC frames

Earthquake-induced building collapse and progressive collapse due to accidental local failure of vertical components are the two most common failure modes of reinforced concrete (RC) frame structures. Conventional design methods usually focus on the design requirements of a specific hazard but neglect the interactions between different designs. For example, the progressive collapse design of an RC frame often yields increased reinforcement and flexural strength of the beams. As a result, the seismic design principle of “strong-column-weak-beam” may be violated, which may lead to unfavorable failure modes and weaken the seismic performance. To avoid these adverse effects of the progressive collapse design on the seismic resistance of RC frames, a novel structural detailing is proposed in this study. The proposed detailing technique intends to concurrently improve the seismic and progressive collapse performances of an RC frame by changing the layout of the newly added longitudinal reinforcement against progressive collapse without introducing any additional reinforcement. A six-story RC frame is used as the prototype building for this investigation. Both cyclic and progressive collapse tests are conducted to validate the performance of the proposed structural detailing. Based on the experimental results, detailed finite element (FE) models of the RC frame with different reinforcement layouts are established. The seismic and progressive collapse resistances of different models are compared based on the incremental dynamic analysis (IDA) and nonlinear dynamic alternate path (AP) methods, respectively. The results indicate that the proposed structural detailing can effectively resolve the conflict between the seismic and progressive collapse designs.     

基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析

基于“强柱弱梁”的屈服机制,依据能量平衡方法设计了某6层RC框架结构,采用震级-震中距条带地震动记录选取方法,选取12条随机地震动,利用Perform-3D有限元分析软件对结构进行增量动力（IDA）分析,得到了结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线以及结构破坏概率矩阵。分析结果表明:该方法设计的结构能够形成预设的“强柱弱梁”屈服机制,可以保证结构中梁充分参与耗能,同时结构具有较强的抗倒塌能力,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能要求。     

C F RP加固震损钢筋混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力分析

首先介绍了CFRP加固受损钢筋混凝土柱的数值模拟方法,通过OpenSees软件进行了建模分析,数值模拟结果与试验结果的对比验证了该数值模型的有效性;其次,对一6层钢筋混凝土框架以受极罕遇地震影响进行预损,采用损伤指数和折减系数的方法建立震损钢筋混凝土框架的分析模型,并选择5种不同的CFRP加固方案对其进行加固;最后,对CFRP加固的震损RC框架进行增量动力分析。定量的评价了CFRP加固震损RC框架的抗整体性倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明:CFRP加固能有效提高震损钢筋混凝土框架结构的抗震性能。加固部位的选择对加固效果的影响很大,在所选用的5种CFRP加固方案中,对底层及第2层的梁柱进行加固的方案对提高震损钢筋混凝土框架的抗整体性倒塌能力效果最佳。     

On the descending branch of the pushover curve for multistory buildings

The paper discusses nonlinear pushover curves for multistory moment‐frame buildings. Attention is brought to the steepening effect that elastic unloading has on the slope of the descending branch of the pushover curve, with the possibility of snapback. Displacement control is shown to be effective for the entire range of pushover analysis, including the descending branch. The method is enhanced by controlling the difference in displacement of 2 floors in the vicinity of the collapse mechanism rather than, say, controlling the roof displacement. An automated drift control version is described and tested. Analysis of a 20‐story building demonstrates that variable strength of plastic hinges and inclusion of the strength and stiffness of the gravity frames in the model affect the pushover curve significantly, especially the descending branch. The concept of dynamic pushover is described, and results are compared with the static version.     

Evaluation of collapse resistance of RC frame structures for Chinese schools in seismic design categories B and C

According to the Code for Seismic Design of Buildings (GB50011-2001), ten typical reinforced concrete (RC) frame structures, used as school classroom buildings, are designed with different seismic fortification intensities (SFIs) (SFI=6 to 8.5) and different seismic design categories (SDCs) (SDC=B and C). The collapse resistance of the frames with SDC=B and C in terms of collapse fragility curves are quantitatively evaluated and compared via incremental dynamic analysis (IDA). The results show that the coll...     

RC框架结构直接基于位移的抗震优化设计方法

探讨了静力弹塑性分析验证过程中遇到的几种情况及其产生原因,指出建筑结构设计方案在基于位移的抗震设计中的重要性。从框架结构的侧移模式出发,导出结构一定性能水平的目标顶点位移,建立结构目标顶点位移与等效位移的关系式,根据位移反应谱,由等效位移推出框架结构在各性能水平的目标周期。然后,由pushover曲线确定结构刚度退化机理,导出结构各性能水平相应的自振周期比例关系,根据结构各性能水平自振周期与目标周期的关系确定结构最优设计方案。通过例题加以验证,说明了此设计方法的可行性。