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。     

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。     

基于推覆分析的RC框架地震倒塌易损性预测

基于倒塌率的结构倒塌易损性分析是目前评价结构抗倒塌能力最合理的方法.但是,目前基于增量动力分析(IDA)的倒塌率分析方法,工作量和实施难度大,很难直接用于工程设计,因此有必要研究便于工程应用的新方法.本文基于18个典型多层RC框架结构的IDA倒塌率分析和静力推覆分析,发现RC框架在大震下的倒塌率及抗倒塌安全储备(CMR)与静力推覆得到的结构位移安全储备之间存在较好的相关关系.依据此关系,建议了保证大震倒塌率的推覆位移安全储备,并通过9个RC框架结构算例进行了验证.本文方法简单易行,可供规则多层RC框架结构抗倒塌设计参考.     

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。     

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。     

主余震作用下钢框架-中心支撑结构抗震性能分析

为研究余震对钢框架-中心支撑结构抗震性能的影响，以钢框架-拉链柱式中心支撑结构和传统钢框架-人字形中心支撑结构为例，基于增量动力分析方法，对2种结构在主余震、主震作用下进行地震易损性分析。对比了2种结构地震易损性差异，根据抗倒塌储备系数评价了2种结构的抗倒塌性能。结果表明：余震会增加结构的地震易损性，其影响程度随着地震动强度的变大而增加；与人字形中心支撑结构相比，拉链柱式中心支撑结构在高强度地震下处于重度损伤和倒塌2种极限状态时的失效概率更低，抗倒塌储备系数更大，抗倒塌性能更优。     

基于构件变形的钢筋混凝土结构地震损失评估方法研究

根据钢筋混凝土梁、柱、剪力墙的构件变形指标限值,建立了一套构件变形层次的地震损失评估方法,并给出了地震损失的计算方法和评估流程,基于PERFORM-3D开发了后处理程序实现该评估流程.利用该方法对不同设防烈度的常规框架-剪力墙结构进行评估,并分析了地震动强度、构件类型等因素的影响,对比评估结果后发现:文中的评估方法能够有效计算单体建筑物在各强度地震作用下构件和结构的期望损失;结构的抗倒塌安全储备系数CMR随着设防烈度的提高而降低,高设防结构承担的倒塌风险比低设防结构高;7.5度、8度和8.5度设防地区结构所承担的地震损失风险最高,7度设防结构次之,6度设防结构的地震损失风险最小.     

RC框架结构超强系数与地震经济损失风险分析

基于现行的中国抗震设计规范,设计了6个不同参数的钢筋混凝土框架结构模型,利用静力弹塑性（Pushover）分析方法求得各个框架结构的超强系数;同时,利用基于性能的抗震设计（PBSD）的方法,通过增量动力分析（IDA）、易损性分析和地震损失风险分析等,定量的求出各个框架结构的经济损失风险,并比较了不同框架结构超强系数和经济损失风险的变化情况。结果表明:在层高相同的情况下,当抗震设防烈度逐渐增大时,超强系数减小,经济损失风险逐渐增大;在抗震设防烈度相同的情况下,当层高增大时,超强系数减小,经济损失风险逐渐增大。     

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。     

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。     

近场地震作用下多层RC框架的地震易损性分析

随着对近场地震动研究上的深入,将地震近场效应影响纳入到结构的抗震设计的考虑范畴,已成为工程中的必须。为此,文中对近场脉冲地震作用下的多层RC框架结构的抗震问题进行了研究。首先参考我国抗震规范设计出设防烈度为8度、水平地震影响系数最大值α_(max)增大系数分别取1、1.25、1.5、1.75的四榀多层RC框架结构办公楼,并在OpenSees软件中,对4榀框架在近场水平脉冲地震下的抗震性能,进行了基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析与评价。分析结果表明:按照我国现规范、不考虑地震动近场效应设计出来的多层RC框架结构,在近场地震下的抗倒塌性能存在明显的不足;随着地震影响系数最大值增大系数的加大,框架结构的抗震性能有明显的提高,在设防烈度8度区,规范中规定的地震动影响系数最大值的增大系数偏小,将增大系数调整至1.75时所设计框架,能更好地抵御地震动近场脉冲效应;另外,在震中距分别为5～10 km和0～5 km的近场地震作用下,多层RC框架结构的抗震性能无明显的区别,因而,地震影响系数最大值的取值,不必按震中距5～10 km和0～5 km进行区分。     

钢筋混凝土框架结构整体超强系数需求分析

针对我国现行抗震设计规范尚未对结构的超强性能作明确的考虑,本文考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用Open Sees进行有限元建模与分析,并通过结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证。采用文中提出的动力能力谱方法,对RC框架结构在地震作用下的反应进行分析,得到结构在不同设防水准下的整体超强系数需求值,并将其分析结果与传统静力能力谱方法分析结果进行对比分析。按VI、VII、VIII度设防烈度设计的不同层数的结构,设防地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为0.51~1.89、0.46~1.94、0.57~1.80;罕遇地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为1.18~4.05、1.33~3.45、1.42~2.66。采用动力能力谱方法可以有效地分析结构在地震作用下的超强系数需求值,量化结构在特定地震设防水准作用下承载力的实际需求,改善静力能力谱方法中动力需求谱与静力能力谱曲线的不和谐性。     

基于增量动力法的剪力墙结构地震易损性分析

地震易损性分析是评估结构地震灾害损失的关键。应用PKPM软件设计了不同设防烈度的6个16层剪力墙结构。应用增量动力法求得各结构在不同罕遇烈度地震作用下的最大层间位移角,回归分析给出了最大层间位移角与地震作用加速度峰值的关系式。以最大层间位移角为整体性能指标,进行结构地震易损性分析,给出了结构地震失效概率关于地震作用加速度峰值的计算公式。计算得到了不同设防烈度剪力墙结构在罕遇地震作用下的震害矩阵,为评估框架-剪力墙结构的地震灾害损失,提供了基础数据。     

考虑梁端耗能能力影响的钢框架结构易损性分析

一般采用梁柱焊接节点钢框架结构在遭遇强烈地震地震作用下,结构倒塌破坏可能由于是耗能能力不足所导致。以某钢框架结构为算例,选取20条实际地震动记录,对结构进行易损性分析,对比不同损伤指标和不同梁端构造形式的钢框架结构抗震性能差异。研究显示:对梁柱焊接的普通钢框架结构,其倒塌破坏是由于结构耗能能力不足所导致的,评价结构抗震性能不仅需考虑结构变形能力,尚需同时考虑结构耗能能力;对于改进形式的钢框架结构,结构耗能能力得到显著提高,使得位移首超破坏先于累积损伤破坏,此时基于变形的评价结果更加可靠。     

考虑悬链线效应的RC框架结构鲁棒性分析

为了充分反映结构的抗连续倒塌能力,文中基于能量原理,将结构倒塌时消耗能量与屈服时消耗能量之比定义为考虑悬链线效应的结构鲁棒性指标。首先进行一榀1/2缩尺的RC平面框架的连续倒塌试验,得到了具有双峰值点的荷载-位移曲线。基于试验数据对有限元模型进行验证与校准。进一步建立了18个RC平面框架结构数值分析模型,研究了中柱失效、边柱失效及不同梁底部纵向钢筋配筋率、顶部纵向钢筋配筋率等对考虑悬链线效应的结构鲁棒性影响规律。分析结果表明,由于边柱失效的结构无法发挥悬链线效应,鲁棒性较差;而中柱失效后的结构,由于其存在悬链线效应,结构表现出了更好的鲁棒性。结构鲁棒性系数随着梁底部钢筋配筋率的增加而降低,随着梁上部钢筋配筋率的增加而提高,梁上部钢筋配筋率显著影响结构的鲁棒性。本文提出的基于能量的考虑悬链线效应的结构鲁棒性计算方法,为RC框架结构抗连续倒塌设计提供了理论支持。     

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。     

基于增量动力分析方法的砌体结构地震易损性分析

砌体结构是一种脆性结构,变形能力和承载力均较低,因取材方便、施工简单和造价低等优势在中国被广泛应用。为了评估砌体结构的抗震性能,本文基于增量动力分析（Incremental Dynamic Analysis,IDA）方法研究了多层砌体结构的地震易损性,分析了影响砌体结构地震易损性的主要因素以及群体多层砌体结构地震易损性。研究结果表明:在相同场地条件情况下,砌体结构的房屋层数、砌筑砂浆强度、设防烈度和墙体面积率对结构的地震易损性影响较明显;当结构层高在2.8~3.3 m之间时,层高对结构地震易损性的影响不大。抗震设防砌体结构抗震能力比不设防结构有明显提高,说明构造柱和圈梁等构造措施能显著提高砌体结构的抗倒塌能力,这与目前的基本认识相同,也证明了增量动力分析方法的有效性。     

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。     

考虑两次地震作用的RC框架结构地震反应分析研究

大量地震表明,地震过程中仅发生单次地震的情况较少,即孤立型地震发生的概率较低,一般为11%。强震的发生通常伴随多次余震,且大部分余震与主震时间间隔较短,受损结构在未进行加固的情况下再次遭受地震作用,致使结构发生更为严重的破坏,甚至倒塌。目前国内外抗震规范的设计方法仅考虑了单次地震作用,即只考虑主震影响。因此,探讨合适的途径考虑多次地震作用对结构的影响具有重要理论意义和工程价值。本文收集了国内外广泛用于结构地震反应分析的地震动记录,以典型RC框架结构为例,研究了两次地震作用下结构的抗震分析方法;探讨了两次地震作用时设计PGA调整系数的确定方法;当设防烈度、场地条件以及输入地震动特征不同时,分析了单次与两次地震作用下结构损伤状态的差别,确定了设计PGA的调整系数。主要内容包括以下几部分:(1)选取了损伤指标及强度折减系数模型。从加速度时程、反应谱、傅立叶谱及对结构的损伤4个方面分析了两次地震与单次地震的联系和区别;通过分析不同损伤指标的适用情况,确定了损伤指标;通过对3种强度折减系数模型的比较,选取了Vidic模型。(2)提出了考虑两次地震作用的抗震分析方法。以典型结构为例,比较了目前用于单次地震作用结构抗震分析的常用方法。在分析各类方法的优点和不足的基础上,给出了结合动力时程分析、静力往复加载分析与Pushover分析的考虑两次地震作用的结构抗震分析方法;并以3层典型RC框架为例,验证了方法的可行性。(3)基于损伤相等的原理,提出了考虑两次地震作用的设计加速度峰值的调整系数的确定方法。通过选取、构造序列型地震动,对某3层典型RC框架结构进行了600次单一地震和3 600次连续两次地震的动力弹塑性时程分析,统计了结构整体损伤指数特征,定义了整体损伤指数(DI)的放大系数和PGA的等效调整系数两个参数,给出了考虑两次地震作用时的结构设计加速度峰值的调整系数建议值。(4)建立了考虑两次地震作用时DI的放大系数和PGA的等效调整系数的经验公式。对不同典型RC框架结构进行了动力弹塑性时程分析,并统计了结构整体损伤指数特征,得到了放大系数、等效调整系数与结构自振周期之间成正比的结论。(5)研究了设防烈度、场地条件和输入地震动对放大系数和等效调整系数的影响。通过研究4层RC框架结构在设防烈度、场地条件和输入地震动等因素影响下的动力时程分析,根据整体损伤指数统计分析,得到放大系数和等效调整系数与设防烈度成正比,与输入地震动场地VS30均值成反比的结论,给出了输入地震动对放大系数和等效调整系数的影响的建议值。     

抗震设防烈度对钢框架连续性倒塌的影响

建筑结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌问题近些年被很多学者所关注。从本质上讲,结构的抗倒塌和抗震都是动荷载作用下的结构响应问题,因此,结构抗震设计的很多理念对结构的抗连续倒塌设计同样适用。本文采用数值模拟的方法,分别对按抗震设防烈度Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度的钢框架结构进行了40kg炸药爆炸作用下的连续倒塌分析,探讨了抗震设防烈度对钢框架连续性倒塌的影响。计算结果表明,抗震设防烈度高的钢框架结构其抵抗连续倒塌的能力较强。其中,按Ⅵ度设防的结构发生了连续倒塌;按Ⅶ度设防的结构没有发生连续性倒塌,只发生了一定程度的变形和破坏;而相比之下,按Ⅷ度设防的结构变形和破坏最为轻微。