主余震作用下山地掉层框架结构的易损性分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生,由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生“二次损伤”。山地结构的受力性能与普通结构有显著差别。参考我国现行规范设计了具有代表性的3个不同掉层数与掉跨数的山地掉层框架结构及1个普通平地框架结构,采用增量动力分析方法,以Park-Ang损伤指数作为结构响应参数DM,以PGA作为地震动强度参数IM,给出了掉层结构以及平地结构在主余震作用下的易损性曲线,对比分析了掉层结构与平地结构的易损性,研究了余震对各结构易损性的附加影响。基于抗倒塌储备系数(CMR)评价了结构的抗倒塌能力,比较了各结构的抗震倒塌安全储备。结果表明:余震会提高结构的超越概率,且随着余震强度的提高,超越概率越大;掉层结构的超越概率更高,且掉层数与掉跨数对结构地震易损性的影响较大;与平地结构相比,山地掉层结构抗倒塌储备系数较小,抗倒塌安全储备较低。对于掉层结构,掉跨数与掉层数的增加均会降低结构的抗倒塌安全储备,且掉层数对CMR的影响更大。     

钢筋混凝土建筑结构的抗地震破坏倒塌能力评估研究

在地震作用下钢筋混凝土建筑结构出现破坏倒塌为地震灾害中的关键,有效评估建筑结构抗地震破坏倒塌能力是建筑结构设计的前提,也是当前建筑结构提高抗震性能与加固的依据。提出变形指标极值、失效判断标准以及钢筋混凝土建筑结构倒塌极限状态判断标准,据此获取倒塌储备系数、倒塌易损性、结构整体超强系数、结构整体延性系数等评估标准。采用Pushover分析法选择相应地震波。依据梁柱线刚比对建筑结构抗倒塌能力的影响,以及柱端弯矩增加系数对建筑结构抗地震破坏倒塌能力的影响,对建筑结构易损性进行分析。结果表明:等跨建筑结构抗地震破坏倒塌能力更强;建筑结构底层是薄弱层,COF值越高,结构越容易倒塌。     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

采用纤维模型的钢管混凝土框架-中心支撑结构抗连续倒塌非线性分析

为研究不同形式的中心支撑对钢管混凝土结构抗连续倒塌性能的影响,基于纤维梁模型建立5种钢管混凝土框架-中心支撑结构数值模型,在合理选取钢材和混凝土材料本构模型的基础上,计算不同失效工况下结构的抗连续倒塌非线性动力响应,通过非线性静力加载获得结构的整体刚度和极限承载力。研究结果表明：设置中心支撑均可以提高结构的整体刚度和抗倒塌承载能力,其中对边柱失效工况的提升效果好于中柱失效工况;设置中心支撑提供了新的荷载传递路径,可以有效减小失效柱相邻构件的分配内力;X型支撑在不同失效工况下都能显著提升框架刚度和承载能力,降低失效节点的竖向位移,反斜支撑框架表现出更好的延性和极限承载能力,研究结果可为建筑结构抗连续倒塌设计提供参考。     

用增量动力分析方法确定人字形中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数(Ⅱ)——算例

基于增量动力分析方法计算了6个人字形中心支撑钢框架的结构影响系数R和位移放大系数Cd。结果表明:对于不超过12层的人字形中心支撑钢框架,层数和跨数对各系数的影响都很小;结构超强系数RΩ所占的比重要明显大于结构延性折减系数Rμ。建议取Rμ=1.19,RΩ=3.98,R=4.71,Cd=5.55。     

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。     

非正规设计框架结构抗震加固支撑效果对比研究

近年来,随着经济、技术的进步以及抗震意识的加强,建筑结构加固也飞速发展。在地震多发的农村地区,为了提高建筑结构的抗震性能,但同时又缺乏一定的经济基础和理论知识支撑,导致很多简单粗糙的支撑建筑结构的措施出现,这些支撑方案大多缺乏科学的设计与评估。本文针对这一现象,以某典型的非正规设计的3层2跨框架结构为例,分析评价支撑边框和支撑中框对该框架结构地震作用下抗倒塌性能的影响。通过增量动力分析（IDA）计算方法,结合结构易损性方程评估结构的抗倒塌能力,计算结果表明支撑中框和支撑边框能够将非正规结构在罕遇地震作用下的倒塌概率从17.5%降至2.4%和6%。在此基础上,进一步分析了2种支撑位置对结构在3个典型地震强度作用下对结构响应的影响。结果表明,支撑框架结构中框对结构抗倒塌能力的提升和抗震性能的保证效果比支撑边框更好,在条件允许的情况下,应优先考虑支撑中框。     

主余震作用下高强钢筋混凝土框架的易损性分析

为研究主余震作用下配置高强钢筋的RC框架结构的抗震性能,根据相同设计指标和"等强代换"的原则,设计了三榀六层四跨的钢筋混凝土框架,纵向受力钢筋的强度等级分别为HRB400、HRB500和HRB600。通过OpenSees平台进行有限元建模,将最大层间位移角作为结构损伤指标,反应地震作用的结构响应。选取15条地震加速度时程,通过重复法构造人工主余震序列并进行IDA分析,得到结构在不同强度的主余震序列作用下的地震易损性曲线。结果表明:主震PGA越大,余震的最大层间位移角越大,结构达到各极限状态的概率越高。对比配置不同钢筋强度的三榀框架的计算结果,可知"等强代换"原则下,相同主余震序列作用时,钢筋强度的提高对结构抗倒塌性能有不利影响,但影响有限。     

移除底层关键柱后钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能分析

目前国内外学者将地震倒塌和连续倒塌作为两个独立的领域进行研究,实际上框架结构的倒塌破坏系由二种机理耦合作用所致。针对此问题,采用拆除构件设计法,应用有限元程序ANSYS/LS-DYNA完成了钢筋混凝土框架结构拆除底层关键柱后在地震作用下的倒塌仿真分析,重点研究了层高、跨度、层数和关键柱位置对钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的影响。结果表明:对于平面框架模型,由底层柱脚及梁柱节点区柱端失效破坏引起的柱铰破坏机制,是导致结构倒塌的主要原因。底层中柱失效后,底层迅速转化为柱铰机制,结构在重力作用下失稳坍塌,适当增加层高,减小跨度,增加层数对框架结构在底层关键柱失效后的抗地震倒塌性能有益;对于三维空间框架模型,分析表明,空间框架结构在拆除角柱后框架倒塌破坏最为严重,结构的破坏过程可以概括为3个阶段:(1)弹性阶段;(2)重力作用影响占主导地位的塑性阶段;(3)地震作用占主导地位的塑性阶段。     

强柱系数基于结构易损性的抗震性能评估

增大柱端抗弯承载力是抗震"能力设计"措施中引导钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利耗能机构的关键措施。本文以6层确定性钢筋混凝土框架结构为分析对象,通过结构易损性分析评估了不同强柱系数取值对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响。结构易损性分析表明增大柱端抗弯承载力是改善结构抗震性能的有效措施,增大强柱系数提高了结构的变形能力,使不同破坏极限状态之间形成较大的"梯度",对防止强烈地震作用下结构的突然倒塌提供了预示。结构易损性曲线对评估结构抗震性能、选用合适的目标强柱系数提供了量化标准。     

对角预应力拉索重组竹框架地震易损性分析

传统的竹（木）框架结构因其抗侧力性能差,导致地震灾害下损失较大。在竹（木）框架中增设对角预应力拉索,可以有效地提高其抗侧刚度。为研究重组竹框架结构中对角预应力拉索对结构抗震失效概率,采用增量动力分析（IDA）对其易损性进行分析。通过定义3个性能水平,以地震峰值加速度作为地震强度指标,结构的层间位移角作为结构响应参数,分析得到无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线。最后分析对角预应力拉索对重组竹框架,得到2种预应力水平下的地震易损性曲线,并与无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线进行了对比,研究对角预应力拉索对重组竹框架地震易损性的影响。     

结构抗震鲁棒性分析方法研究

结合侧向增量连续倒塌过程中框架结构受力特征来研究结构抗震鲁棒性,提出其定量计算方法,通过对钢筋混凝土框架结构有限元模型的对比分析进行验证。研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,虽然无法设计和建造出绝对鲁棒的结构,但可以通过定量分析结构鲁棒性进行建筑选型和结构布置方案优化;降低重要构件的易损性系数能够增强结构抗震鲁棒性,合理增加构件数量,同时加强其相互联系的有效性并保证备用荷载路径的可靠性,能够提高整体结构的鲁棒性;在同样荷载作用下,随着所承担荷载的不同,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而由于备用荷载路径分布和传递荷载的机制不同,框架柱重要性按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性;提高结构冗余度,增强构件相互联系,可以降低结构中初始失效所造成的不利影响。     

钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能研究

在双重抗侧力结构体系中,地震作用主要由支撑框架或剪力墙等抗侧力结构承受,框架则主要承受竖向荷载,但是对框架的水平抗力也有具体要求。我国规范和美国规范对钢框架-剪力墙结构中框架应该承担的剪力有不同的规定,并且给出相应的抗震校核方法。此外,人们需要了解在混合结构中减少柱的数量对结构抗震性能的影响。为此,本文进行了2种钢-混凝土混合结构地震响应的有限元分析,并且考虑了柱距的变化,得到了轴压比的变化规律,对由两国抗震校核方法的计算结果进行了对比,提出了相关的设计建议。     

设置粘滞阻尼器的钢框架防连续性倒塌分析

为了研究设置有粘滞阻尼器的减震钢框架结构的防连续倒塌性能,对设置阻尼器的减震钢框架和未设置阻尼器的原钢框架分别进行了地震弹塑性时程分析,比较了两种情况下的层间位移角.分析结果表明,地震作用下,与原结构相比减震结构的层间位移角最大降低了64.3％.接着采用瞬时加载法对底层各柱失效时的减震钢框架和不设置阻尼器的原钢框架分别进行了动力倒塌分析,比较了减震结构和原结构防连续倒塌的能力,分析结果表明,底层柱失效时,减震结构各柱端点处位移均比原结构降低,最大处降低了63.5％.因此减震结构的阻尼器对结构防连续倒塌能起到较大的作用.     

SMA-VED混合自复位支撑钢框架地震易损性与风险分析

本文提出了一种新型形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）-黏弹性阻尼器（ViscoelasticDamper,VED）自复位支撑,设计了普通预应力筋自复位支撑钢框架与SMA-VED自复位支撑钢框架。采用组合模型以及改进材料模型准确模拟了支撑的力学行为,详细讨论了考虑构件失效的模拟方法,通过试验确定了VED的失效应变范围,最后基于概率统计方法进行了易损性分析以及全周期风险分析。研究发现: SMA-VED自复位支撑可显著提升框架抗震性能;倒塌风险以及残余变形超越概率均显著低于普通预应力筋自复位支撑钢框架,下降比例最高超过50%。预应力筋断裂失效导致框架倒塌风险可提高5倍以上; SMA-VED自复位支撑失效会造成残余变形超越概率有所上升但幅度不大。总体来说,SMA-VED自复位支撑钢框架具备更好的地震鲁棒性。     

梁贯通式中心支撑钢框架地震剪力研究

为了保证梁贯通式中心支撑钢框架结构在大震下钢框架仍能正常工作,需要钢框架能够承担一定的水平地震力,而大震下底层框架柱所承担的地震剪力与小震下总剪力的比值取决于n和Δ_2/Δ_1,其中n为层柱刚度与层支撑刚度之比,Δ_2和Δ_1分别为大震和小震时的底层相对位移,因此本文对Δ_2/Δ_1的大小进行了研究,分别对单层、3层和6层的平面结构进行了动力弹塑性时程分析,最后给出建议的钢框架需要承担的地震剪力公式。     

斜向地震作用下钢结构框架破坏机制研究

斜向地震作用是影响框架结构"强柱弱梁"破坏机制的重要因素之一,现行抗震规范钢框架强柱系数没有考虑斜向地震作用的影响。对框架节点受力分析表明:斜向地震作用时实现"强柱弱梁"的强柱系数应大于2~(1/2)。通过对钢框架模型的振动台试验和有限元数值模拟,研究了主轴方向强柱系数1.35的钢框架的破坏机制,表明在主轴方向地震作用下实现了强柱弱梁,而在斜向地震作用下,钢框架发生柱端破坏。建议钢框架结构抗震设计应考虑斜向地震作用的影响。     

偏心支撑对轻钢结构住宅抗震性能的影响

偏心支撑钢框架是一种新型的偏心支撑结构,具有良好的刚度、延性及耗能能力。采用非线性有限元分析软件Sap2000建立了一个6层的轻钢结构框架模型,对框架结构分别布置中心支撑、偏心支撑,分别计算了3种结构模型在水平地震作用下的抗震性能,通过对比3种结构模型在荷载作用下的自振周期、加速度及其地震响应,分析了偏心支撑对轻钢住宅抗震性能的影响。     

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。     

近场脉冲地震下半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构易损性分析

为研究半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称"PSRCW"结构)在近场脉冲地震作用下的易损性能,基于增量动力时程分析方法建立了4个按MECE能量谱设计的PSRCW结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,重点考察了层数的影响。研究结果表明:在近场脉冲地震作用下,PSRCW结构对应于多遇地震水准达到基本完好(IO)状态的超越概率在2.76%~5.98%之间,偶遇地震水准达到中等破坏(LS)状态的超越概率在16.88%~37.35%之间,罕遇地震水准达到倒塌(C)状态的超越概率在4.86%~39.92%之间。层数对PSRCW结构在近场脉冲地震作用下的易损性曲线有显著影响,随着层数的增加PSRCW结构达到某一性态水平的超越概率也呈增大趋势。