黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响

为研究黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响,基于Open SEES有限元分析平台,建立一个25层钢框架结构以及同尺寸附着黏滞阻尼器的钢框架结构,对两个钢框架结构以地震动峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构最大层间位移角θmax为工程需求参数,从太平洋地震工程研究中心(PEER)中选取了15条地震动记录,分别对两个结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),建立结构的IDA曲线簇。结合地震易损性分析,对分析结果进行对数拟合,构筑两个结构的连续易损性曲线,并进一步提出用贝塔分布函数将结果转化为地震动参数-震害指数概率密度函数的概率表达方式,可以更加直观简便地观察到黏滞阻尼器显著的减震效果。该表达方法具有直观性,研究成果可为既有结构的地震灾害风险评估等提供简明且有力的分析方法。     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

基于易损性指数的S RC框架核心筒结构地震损伤评估

设计1个20层SRC框架核心筒结构模型,考虑地震的随机性和结构材料的不确定性,采用拉丁超立方体抽取结构-地震动样本,之后对其进行增量动力分析（IDA）,以第1周期谱加速度为强度指标,最大层间位移角为结构需求,定义4个性能水平,研究该结构的易损性。通过引入群体结构震害评估中易损性指数的概念,计算多遇、设防和罕遇地震下的易损性指数。结果表明:以易损性指数作为评价指标,该结构在多遇地震作用下,处于轻微破坏状态;在设防地震作用下,处于中等破坏状态;在罕遇地震作用下,结构处于严重破坏状态。可认为依据我国抗震规范设计的SRC框架核心筒结构能够满足"小震不坏"、"中震可修"和"大震不倒"的抗震设防目标。     

基于IDA方法的加固震损RC框架结构地震易损性分析

基于Perform-3D软件,采用碳纤维加固和粘钢加固方法对震损后的混凝土框架进行加固。分别以3、6、9层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析方法,对震损RC框架结构的地震易损性进行研究并分析其加固效果。结果表明:(1)随着高度和PGA的增加,3、6、9层震损后的碳纤维和粘钢加固结构IDA曲线簇的整体收敛性均较好;(2)总体上粘钢加固可以提高结构对地震动随机性的收敛性,但随着结构高度的增加,对于地震动随机收敛性的增益效果逐渐减弱,该加固方法对3层高度的震损低层框架结构加固效果明显;(3)碳纤维加固对于结构层间位移角的控制能力较粘钢加固更强,对于6层高度的震损中层框架结构,可以更大程度地提高其对罕遇地震的抵抗能力;(4)对适用于9层高度的震损高层框架结构,可根据实际情况选择两种加固方法中的任何一种,均可以取得较好的加固效果。     

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。     

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。     

极罕遇地震作用下RC框架结构抗震性能研究

第五代《中国地震参数区划图》(GB18306-2015)中在原有"常遇、设防和罕遇地震动"之外,引入了"极罕遇地震动"。但目前关于"极罕遇地震动"下RC框架结构抗震性能研究较少。本文研究了RC框架结构在四级地震作用下的抗震性能,并对比了结构在非脉冲地震动和脉冲型地震动下结构反应及其不确定性差异。结果表明:依据现有规范设计的RC框架结构在极罕遇地震下:远场非脉冲地震动引起的最大层间位移角均小于规范规定的防倒塌限值2%,但在近场脉冲地震动引起的最大层间位移角达到3.5%,大于规范规定的防倒塌限值2%,脉冲型地震动下结构反应的不确定性大于非脉冲型地震动下反应的不确定性。     

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。     

设计因素对RC框架结构地震易损性的影响

考虑到结构抵抗地震作用的机制为结构和地震动的不确定性与非线性相互耦合的过程,采用增量动力分析(IDA)考虑地震动的不确定性,选取16条地震动记录,基于OpenSEES的有限元建模理论对13榀平面RC框架结构进行基于IDA方法的地震易损性分析,分别讨论轴压比、高宽比、混凝土强度以及纵筋强度等结构参数对RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:柱轴压比对结构抗震性能的影响显著,而高宽比对结构抗震性能的影响不明显;在保证柱轴压比相近的前提下,提高柱混凝土强度能够提升结构的抗震性能;相同地震作用下梁柱配置纵筋强度较高的框架结构达到立即使用(IO)状态和生命安全(LS)状态的概率较配置纵筋强度较低的大,配置纵筋强度较高的框架结构较配置纵筋强度较低的表现出更好的抗倒塌能力。     

基于性能的钢筋混凝土框架剪力墙结构地震易损性分析

以某典型的20层钢筋混凝土框架剪力墙结构作为研究对象,研究基于性能的RC框架剪力墙结构易损性分析方法。首先选择合适的地震动记录,以0.2g为步长进行调幅后,建立300个结构-地震动样本空间,并确定结构损伤指标和性能参数;然后应用增量动力分析方法计算结构的地震动力响应,选择基本周期加速度反应谱为地震动参数,以研究结构反应的不确定性,并深入分析地震动参数与结构地震需求参数的关系;在此基础上,建立该结构基于加速度反应谱的易损性曲线进行结构易损性分析与评估。结果表明：随着地震动强度的增大,IDA曲线由单调增加变为非单调增加,分位曲线（16%,50%和84%）可以准确地衡量结构的性能;框剪结构在地震作用下的抗震性能表现良好,随着地震强度的增长,各性能超越概率大小的增长速度是不同的。     

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。     

基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究

由于承重结构构件分布不均匀,导致高层建筑框架承重构件间的距离不相等。在地震时,这种不规则分布可能引起加速度共振效应,从而导致建筑失稳。为此,以地震动强度、地震动速度峰值、最大层间位移角为参数指标,分析高层建筑的极限状态,提出基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究。以某实际工程为试验对象,运用ABAQUS软件构造高层建筑框架结构三维模型,选取多条地震波以及符合场地条件的地震动记录进行验证,绘制地震易损性曲线。结果表明:在高层建筑框架结构中安装阻尼器,可增强结构中各构件的承载力,改善高层建筑抗震性能;增加钢板厚度可提高结构抗震水平,降低极限状态下框架结构IO、LS与CP的超越概率;提高混凝土强度,可改善框架结构抗倒塌性能。高层结构完成抗震加固后,抗震能力由0.91提升至1.01。由此证明,以增量动力分析得到的结构易损性为基础,对建筑易损性较大的地方进行加固、完善,能够改善高层建筑框架结构地震易损性,减少地震灾害损失。     

钢筋混凝土框架结构震后功能恢复能力的量化研究

震后功能恢复能力是指建筑物、社区或城市等遭受地震影响后实现功能恢复的能力。以一钢筋混凝土框架结构为对象,基于OpenSees有限元分析平台,对其进行增量动力分析,得到其对应于不同损伤状态的地震易损性曲线。进而基于单体建筑损失评估理论,评估该结构在不同强度水准地震动作用下的地震损失,包括直接经济损失和间接经济损失等。在此基础上,分别利用直线型、指数型以及三角函数型功能恢复模型,在不同强度水准地震动作用下,分别计算该结构的震后功能恢复能力。结果表明:随着地震动强度的增加,基于3种恢复模型计算得到的震后功能恢复能力都在下降,而且直线型和三角函数型恢复模型得到的恢复能力均比指数型的下降更快;在同一强度水准地震动作用下,基于指数型恢复模型计算得到的震后功能恢复能力均高于直线型和三角函数型恢复模型,即使在较强水准地震动作用下,根据指数型恢复模型得到的恢复能力依然较大。而在各个强度水准地震动作用下,基于直线型和三角函数型恢复模型得到的震后功能恢复能力非常接近。     

不同设防标准RC框架结构基于易损性分析的抗震性能评估

借助非线性动力时程分析,对严格按照规范Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度设计的5个三跨6层钢筋混凝土框架结构开展易损性分析,建立了基于峰值加速度的易损性曲线。从易损性的角度对不同设防标准RC框架结构的抗震性能做了定量评价,并探讨了设防标准对RC框架结构易损性的影响。分析表明,对应于设防小震、中震及大震水平的峰值加速度,结构“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的失效概率均在18%以内,可认为结构满足三水准的性态控制目标。随着结构设防标准的提高,其易损性随之降低,相同峰值加速度对应的各个破坏状态的超越概率均有所降低。此外,将框架结构的设防烈度提高1度,其“大震不倒”的失效概率会明显减小。而将框架结构的设防烈度降低1度,其“大震不倒”的失效概率会显著增加,最高可达4倍。     

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。     

最不利主余震序列型地震动作用下RC框架结构易损性研究

余震的发生会造成结构的累积损伤,不同类型的主余震序列地震动对结构的影响有所差异。鉴于此,以主震卓越周期小于或接近余震卓越周期为基本原则,确定了最不利主余震序列地震动。选择4层RC框架结构为研究对象,在增量动力分析的基础上,定义了4个性能水平,以此来研究该结构的易损性。依据破坏状态概率和震害指数,得到7度多遇、7度设防和7度罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:依据我国规范设计的RC框架结构的4个性能水平的量化指标限值依次为1/495、1/263、1/108和1/45,余震的出现会加剧结构的破坏状态。当以易损性指数作为评价指标时,可认为该结构能够满足小震不坏、中震可修和大震不倒的抗震设防目标。