钢框架结构地震响应与破坏过程的耐震时程分析

耐震时程法（ETM）是一种基于动力时程的结构抗震分析方法,其典型表征在于随着持续时间的增加,地震动强度逐渐增大。本文合成了基于中国抗震反应谱的耐震时程曲线,并以此作为输入,对一个8层3跨钢框架结构的抗震性能进行了分析和评估。采用增量动力分析方法（IDA）对结构在不同耐震持时下的整体响应进行了评估;以大震下天然地震动分析结果为标准,对比了结构在耐震时程曲线（ETA）作用下的塑性铰分布概率、形成顺序和延性分布。研究结果表明：耐震时程法能较好地预测钢框架结构的非线性动力响应及破坏过程,且分析次数少,这为钢框架结构的抗震性能快速分析与评估提供了一种新的手段。     

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。     

钢筋混凝土框架刚塑性抗震设计方法研究

在罕遇地震作用下,钢筋混凝土框架结构通常要经历相当大的塑性变形,地震输入的动能绝大部分转化为塑性变形能而被耗散,仅有很少部分转化为弹性变形能,基于这种能量转化机制,采用刚塑性模型来预测地震反应.同时建议在结构设计时于适当位置预设塑性铰,使结构在强烈地震作用下的能量耗散集中在塑性铰处,并保证结构整体性,从而达到结构大震不倒的设防水准.以塑性理论为基础,发展了一种适用于钢筋混凝土框架结构刚塑性抗震设计方法.文中最后以5层钢筋混凝土框架为例给出了分析结果,并与弹塑性时程分析进行了对比,两者的一致性是相当满意的.由此表明,刚塑性抗震设计方法概念清晰,计算简单,具有可靠精度,可以满足罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构抗震设计要求.     

型钢混凝土框架pushover分析

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法。由于型钢混凝土（SRC）构件塑性铰属性确定方面的原因,SRC构件难以直接应用于pushover分析方法,而常采用按“等刚度”原则转化为钢筋混凝土构件（RC）进行计算。本文从理论上给出了SRC压弯构件N-M相关曲线、Mx-My相关曲线的形成方法,提出了SRC构件M-φ曲线的确定及转化为塑性铰曲线的原则,并研究了SRC构件塑性铰区等效长度的计算方法,可为SRC结构进行pushover分析提供参考数据。按照本文方法,采用pushover方法对两跨三层SRC框架进行分析,结果与该结构模型振动台实验吻合较好。在此基础上,对10层SRC框架和采用刚度等效的3层、10层的钢筋混凝土（RC）框架进行了对比分析,结果表明,随着层数的增加,SRC结构相对于RC结构表现出更优越的抗震耗能能力。     

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。     

中高层钢筋混凝土异形柱框架-抗震墙结构的抗震性能研究

本文通过对一幢中高层住宅在不同水准地震作用下进行的弹性计算和弹塑性动力时程分析,研究了钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构的动力特性和抗震能力。结果显示该结构整体抗侧刚度大,抗震性能较好。进入塑性阶段后,塑性铰分布合理,满足了结构延性设计的要求。     

长春光大银行主体钢结构在罕遇地震作用下的时程反应分析

分别采用基于塑性铰法的空间梁柱单元分析程序和简化的DRAIN-20分析程序，对其主体巨型钢框架结构进行了考虑双重非线性的罕遇地震作用下的时程反应分析。分析中使用了三条典型地震波和一条当地人工地震波，分别得到了顶层位移和加速度时程曲线、层间位移包络值和塑性铰出现的位置与先后顺序。分析结果表明结构在体系设计上是合理的和在大震作用下具有足够的安全度。     

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.     

强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆（钢柱周边支承单层柱面网壳）整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明：该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足＂避难与救灾建筑结构＂的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

强震作用下混凝土框架结构倒塌过程的数值分析

本文引入机械铰概念解释了钢筋混凝土杆件在地震作用下的失效过程，继而建立了以楼层为基本单位的强梁弱柱型框架结构的倒塌分析模型。并将离散单元法的中心算法一动态松弛法运用到结构倒塌分析模型中，成功地模拟了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌全过程反应。     

考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析

目前结构的抗震分析主要是采用刚性地基假定,忽略了土-结构相互作用,而在实际情况中结构的地震破坏与刚性地基假定的预期结果并不相同。为了对比差异,本文以一6层混凝土框架结构为例,分别进行了Pushover分析和非线性时程分析。结果表明:当考虑土-结构相互作用时,结构的基底剪力减小,周期增大,顶点位移增大且结构的破坏主要集中在首层,柱端出现了塑性铰,更符合实际的震害情况。并将Pushover分析与非线性时程分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可靠性。     

交错桁架多层钢结构推倒分析方法研究

随着基于性能的抗震设计思想的发展,推倒分析开始成为罕遇地震下多、高层结构抗震设计的有力工具。本文以交错桁架多层钢结构为例,采用推倒分析对其在E l Centro波作用下的地震反应进行研究,分别采用位移系数法和能力谱法确定结构目标位移,同时进行结构在相同地震动下的弹塑性时程分析。研究表明,推倒分析能准确地评价交错桁架多层钢结构的抗震性能,采用位移系数法和能力谱法确定的结构顶点侧移均与弹塑性时程分析吻合较好,对层间位移及塑性铰分布的预测,能力谱法比位移系数法更为准确。     

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。     

单跨框架教学楼橡胶隔震与BRB减震联合加固技术研究

新版抗震设防烈度区划图实施以来,大量单跨框架结构校舍因抗侧力体系不合理以及抗震承载力不足急需加固改造。针对单跨框架结构不满足刚度及承载力要求的现状,提出并阐述了BRB减震与橡胶隔震联合加固技术原理,并对昆明某实际单跨框架结构进行了动力弹性和弹塑性有限元分析,结果表明:在多遇地震下,防屈曲支撑（BRB）未屈服,结构整体处于弹性;在设防地震作用下,部分BRB屈服耗能,结构层间位移角最大值为1/582,结构主体处于弹性阶段;在罕遇地震作用下,所有BRB屈服耗能,且其滞回曲线饱满,结构弹塑性层间位移角最大值为1/148,大部分梁端部产生塑性铰,少数柱产生塑性铰,且梁较柱先出铰,表现出良好的抗震性能。研究为单跨框架结构的加固提供一条有效的新途径。     

某新型梁柱节点的装配式钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计研究

在一种新型无黏结预应力装配式混凝土梁柱框架节点抗震性能试验基础之上，使用基于位移的抗震设计方法对新型框架节点的无黏结预应力装配式钢筋混凝土框架结构进行整体抗震设计研究。首先使用有限元软件sap2000进行预应力三维结构设计并建立相应的有限元模型，同时建立该梁柱节点的梁恢复力模型，进而实现自定义塑性铰本构关系研究该装配式框架结构。使用pushover分析去表征结构的抗震性能，对比研究不同目标位移下的相应性能水平要求。通过施加Y方向均匀分布荷载对结构进行弹塑性推覆分析，对结构的层间位移角、破坏机制进行分析讨论。结果表明：按照"功能良好""生命安全""防止倒塌"三水平的设计均达到预期结果，各层层间位移角和薄弱层的性能均能满足规范的相应要求。并选用三条地震波对结构进行弹塑性动力时程分析，表明基于该新型梁柱节点的装配式结构在基于位移的抗震设计中可以较好满足相关抗震性能水平要求。     

考虑楼板作用的SRC柱-钢梁混合框架动力时程分析

为了解楼板空间作用对型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS分别建立带有楼板和不带楼板的两跨三层SRC柱-钢梁框架,选取2组天然波和1组人工波对其进行弹塑性分析,对比2种框架结构的型钢应力分布、混凝土板损伤、层间相对位移角以及框架基底剪力,分析楼板在结构抗震中的影响规律。结果表明:增加楼板可以有效增加框架抗侧刚度,最大可使层间位移角降低38.7%;同时可以减小核心区梁端塑性区域的面积,减缓型钢上翼缘应力发展速度;而且楼板的存在可使最大基底剪力提升60.7%,有利于减小结构损伤和提高抗震性能。     

Pushover analysis of reinforced concrete frames considering shear failure at beam-column joints

Since most current seismic capacity evaluations of reinforced concrete(RC) frame structures are implemented by either static pushover analysis(PA) or dynamic time history analysis,with diverse settings of the plastic hinges(PHs) on such main structural components as columns,beams and walls,the complex behavior of shear failure at beam-column joints(BCJs) during major earthquakes is commonly neglected.This study proposes new nonlinear PA procedures that consider shear failure at BCJs and seek to assess the actual damage to RC structures.Based on the specifications of FEMA-356,a simplified joint model composed of two nonlinear cross struts placed diagonally over the location of the plastic hinge is established,allowing a sophisticated PA to be performed.To verify the validity of this method,the analytical results for the capacity curves and the failure mechanism derived from three different full-size RC frames are compared with the experimental measurements.By considering shear failure at BCJs,the proposed nonlinear analytical procedures can be used to estimate the structural behavior of RC frames,including seismic capacity and the progressive failure sequence of joints,in a precise and effective manner.     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明：近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1 892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。