钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出：考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

钢筋混凝土柱考虑损伤累积的反复荷载-位移关系分析

为能在反复荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-位移关系分析中考虑柱低周疲劳性能,提出了一损伤模型,对柱中纵向受力钢筋和混凝土的损伤状态作评估与记录。将这一记录材料性能信息的损伤指标带入材料各自的恢复力模型以考虑产生损伤后材料的强度和刚度退化。基于多弹簧模型对不同变幅加载路径下及等幅低周疲劳加载下钢筋混凝土柱的空间反应进行了数值计算模拟。与已有试验结果比较表明,所提材料层次上的损伤累积模型以及考虑损伤累积效应的柱构件空间荷载-位移关系分析方法具有一定的精度,为钢筋混凝土柱的抗震性能分析提供了一个辅助工具。     

钢筋混凝土柱地震损伤模型比较研究

损伤指数是判断结构或构件经受地震作用后是否破坏、评价结构或构件破坏程度的重要指标,是对震后受损结构进行安全评估和修复加固的重要理论依据。基于40组钢筋混凝土柱的试验结果,对国内外7种较具代表性的损伤模型进行了对比分析。研究结果表明:对于同一试件,不同损伤模型计算得到的损伤指标差异较大,损伤曲线发展趋势亦不同;基于能量的损伤模型多表现出前期增长速度快和后期增长速度慢的上凸趋势,而基于变形和能量组合形式的双参数损伤模型多表现出前期增长速度慢和后期增长速度快的上凹趋势;Park-Ang模型及其改进形式能够较好地反映构件层次的损伤发展过程,但未知参数较多,计算过程较复杂,不利于整体结构层次的震害评估;从能量耗散原理角度提出的损伤模型更符合整体结构抗震的本质,未知参数少且计算过程简单,但存在边界条件的界定不明确的缺陷,因此还需要做更深入的研究。     

基于修正Park-Ang模型的RC剪力墙损伤指数研究

建筑抗震性能评估是基于性能的抗震设计的关键流程之一,要求构件性能点与构件损伤相关联。然而现有文献中对于构件损伤性能点的定义各有不同,且由于试验数据量过少,缺少基于试验数据的验证。为了促进建筑抗震性能评估的有效开展,本文从国内现有文献中搜集了160个RC剪力墙构件拟静力试验数据,建立了RC剪力墙构件试验数据库,对构件试验数据进行分析,根据构件破坏现象划分了5个损伤状态。研究了高宽比、配箍特征值和水平分布钢筋配筋率等设计参数的影响。根据试验数据,修正了Park-Ang损伤指标,可以同时考虑构件循环加载中的变形和耗能,可用于判定RC剪力墙构件损伤状态。标定了对应于不同损伤状态的损伤指数区间,研究结果可用于基于构件的抗震性能评估及易损性分析。     

近场地震下弯曲剪切破坏方柱抗震性能试验与数值模拟

设计完成4根大比例方形截面柱试验,试件改变体积配箍率,并以不同的加载制度模拟近场地震与普通地震对结构柱抗震性能的影响。试件在试验中发生弯曲破坏与弯曲剪切破坏,模拟与计算构件的临近倒塌极限状态与有限损伤极限状态的设计限值,并与试验进行比较。试验与计算结果表明:加载制度的变化对构件的抗震性能有一定的影响;构件水平加载发生破坏后,仍能维持试验竖向荷载;满足我国设计规范的结构柱仍会发生弯曲剪切破坏,这种破坏形式导致濒临倒塌极限状态与有限损伤极限状态的设计值不保守;根据能量平衡原理计算的有限损伤极限状态的限值与弯曲剪切破坏构件的试验极限变形较为吻合。     

基于能量分析的地震损伤性能评估

结合能量分析法和文献[1]提出的钢筋混凝土框架结构“三水准”地震损伤性能目标,采用改进的双参数线性组合地震损伤模型,本文提出了基于能量分析的地震损伤性能评估方法;通过算例说明了本文提出的抗震性能评估方法不仅能够准确地分析结构在大震作用下的地震损伤性能,而且思路简洁、计算方便、可用于结构抗震性能评估;另外,本文提出的地震损伤模型具有较强的灵活性,可适用于不同钢筋混凝土构件和结构的抗震性能评估。     

基于损伤指数的钢筋混凝土框架结构震后安全性鉴定新方法——试验研究

地震后迅速对震区的建筑结构进行准确的安全性鉴定至关重要。目前,我国地震现场建筑物损伤鉴定仍主要由专家依据经验给出判定结果。这样的方法难以避免由于鉴定者对结构震害现象的主观理解不同而导致的鉴定结果的差异,鉴定结论客观性不足。为解决这一问题,本文以钢筋混凝土框架结构为研究对象,提出一套基于损伤指数的结构震后安全性鉴定新方法。文中首先进行了一系列典型钢筋混凝土构件(8根柱试件、4根梁试件)的低周反复加载试验,记录下构件在每级控制位移下的损伤照片,并计算出相应的损伤指数,建立典型构件损伤指数和宏观损伤现象的对应关系,给出图例集;随后研究并筛选出合理的依据构件损伤指数计算整体结构损伤指数的方法;进而依据结构损伤指数给出损伤水平鉴定结果。最后,以一幢鲁甸地震中发生严重损伤的钢筋混凝土框架结构为例,采用本方法进行损伤鉴定,并与地震现场专家给出的鉴定结果相比较,验证了本方法的可行性。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型。为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析。结果表明,随着加载速度的提高,混凝土的抗压强度提高,下降段坡度增大,混凝土梁的承载能力提高,模拟结果与相关试验结果吻合较好;该混凝土损伤塑性模型可以模拟混凝土材料和构件的主要动力特性,但也存在不足之处。     

双层钢箱-混凝土组合墩双向地震损伤模型研究

既有的地震损伤模型大多基于水平单向拟静力试验得到的,未考虑结构或构件在双向地震作用下水平两个方向相互耦合作用所导致的性能退化加剧,计算所得的损伤因子不能体现双向耦合影响引起的损伤加剧。本文基于Kumar-Usami地震损伤模型,进一步考虑不同位移幅值下的有效耗能影响,提出了双层钢箱-混凝土组合墩双向地震损伤模型,并利用水平双向拟静力试验得到的双向耦合作用下的变形和耗能数据对双层钢箱-混凝土组合墩的双向地震损伤模型参数进行标定。研究结果表明:(1)该地震损伤模型可以反映加载顺序、加载历史及不同加载位移权重的有效耗能等对双层-钢箱混凝土组合墩地震累积损伤的影响;(2)提出了双层钢箱-混凝土组合墩不同程度损伤的指标限值,给出了考虑双向地震作用下水平两个方向耦合作用的总体损伤计算表达式,模型计算结果与试验吻合良好。本文建议的双向地震损伤模型可供双层钢箱-混凝土组合墩基于性能的抗震设计与损伤评估使用。     

基于能量耗散的多层木结构古建筑的地震破坏评估

以西安城墙永宁门箭楼为研究对象,评估震后多层木结构古建筑的破坏程度,根据各主要耗能构件在低周水平反复荷载作用下的滞回耗能特性,计算其构件破坏总耗能;根据地震模拟振动台试验,计算不同地震工况下各耗能构件所耗散的能量,在此基础上建立主要耗能构件相应的破坏模型。对三个主要耗能部位:柱架榫卯节点、斗栱结构层和柱础进行地震破坏状态评估;引入能量分配系数建立主要耗能构件破坏状态与整体结构破坏状态之间的关系,继而得出整体结构的破坏系数以反映整体结构在不同地震作用下的破坏状态,研究结果可为多层木结构古建筑的抗震加固提供参考借鉴。     

钢筋混凝土结构的地震损伤分析及能量参数模型

本文简要评述了现有钢筋混凝土结构地震损伤分析的途径、方法及其合理应用。根据构件的滞回恢复力骨架曲线及卸载刚度退化规律,本文构造一个与构件地震损伤相关的能量参数,并据此提出一种构件地震损伤模型,该模型不显含组合系数α及β,计算较为简便。最后,根据Park and Ang模型导出构件滞回恢复力模型中反向加载曲线的超前指向距离,使构件的滞回恢复力变化描述与构件的地震损伤演化描述具有一致性。     

损伤梁单元及其在RC结构构件非线性分析中的应用

本文介绍了一种基于损伤力学、断裂力学以及集中塑性理论建立的简化损伤梁单元模型。采用此单元模型,分析了实验梁在单凋加载下的受力性能,并与材料模型和弹塑性单分量模型分析结果进行比较。算例表明简化损伤粱单元模型对于RC结构构件的非线性分析有良好的适应性,可以有效地模拟构件的开裂、屈服和失效全过程;得到直接从力学意义出发的反映结构损伤的损伤内变量,对结构的损伤评估有启发意义。     

基于应变能耗储的钢筋混凝土框架结构地震损伤演化研究

结构地震损伤破坏,本质上是地震动输入能量超出结构或构件耗能能力所致。“能量”参数能够综合反映地震动强度、频谱特性以及强震持时对结构破坏的影响,本文基于能量耗散原理建立结构损伤模型,采用有限元软件ABAQUS对3榀单层单跨钢筋混凝土平面框架结构抗震性能进行数值模拟,通过损伤指数量化研究了地震作用下钢筋混凝土框架结构的损伤演化规律。研究表明:基于应变能耗储的结构损伤模型,能够合理有效地反映“位移首超破坏”与“累积损伤破坏”模式,且上、下界收敛;模拟分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验数据吻合较好,数值建模方法适用于以梁、柱构件为主的框架结构抗震性能分析;耗能构件框架梁能够对结构损伤破坏发展和抗震性能劣化起到一定延缓作用,承力构件框架柱的损伤加剧会加速结构抗震性能的劣化;加载幅值较小时,结构依靠混凝土裂缝闭合摩擦消耗能量,“位移首超破坏”所致损伤所占比例较大,随着位移幅值及循环次数的增加,“累积损伤破坏”所致损伤所占比例逐渐增大。     

压弯构件在主余震作用下的累积损伤试验研究

本文对相似比为１：４的三组钢筋混凝土压弯构件模型先后进行了振动台主余震模拟试验和周期性震静力试验，通过试验研究了钢筋混凝土压弯构件在主余震作用下反应与损伤特性，并首次探讨了有损伤压弯构件恢复力模型的特点，在此基础上给出了建立前损伤压弯构件恢复力骨架曲线的一般方法，从而为结构在主余震作用下的随机地震反应分析和有损伤结构的抗震加固奠定了基础。     

地震作用下钢筋混凝土柱变形与损伤研究

为量化地震作用下钢筋混凝土（RC）柱损伤情况和变形,并将不同地震破坏状态下RC柱损伤和变形进行分析。从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中收集91组RC柱抗震试验数据,选取4种广泛应用的构件损伤模型进行计算,将损伤发展曲线与层间位移角发展曲线进行对比分析。对RC柱损伤指标限值进行归一化处理,统计分析后得到不同破坏等级下的位移角限值,并给出了RC柱各破坏等级下的位移角限值与损伤指标限值对应关系。研究结果表明,牛荻涛损伤模型可更准确地评价地震作用下结构构件损伤程度,且与层间位移角发展曲线均呈近似线性增长趋势;不同破坏等级下的位移角限值验算保证率均＞80%,表明本文提出的位移角限值具有一定合理性。     

基于SAP模型的预制装配式钢筋混凝土框架结构的推覆分析

为了研究预制装配式钢筋混凝土框架结构的地震响应,本文根据欧洲研究课题组在最新的实验研究中所采用的往复加载试验模型,利用SAP2000结构分析软件建立数值模型对结构进行推覆分析.结构中的柱子构件在地震力的作用下将产生非线性变形,这种非线性变形的特性是由塑性铰和非线性连接来实现的.本文对于塑性铰与非线性连接的材料属性的评估过程也进行了详细的论述.推覆分析结果与往复试验数据的比较表明,本文提出的推覆分析模型可以较好地模拟预制框架结构的受力和变形过程,对结构的抗震性能有较准确的预测,为数值模型进行结构抗震性能分析提供了依据.     

考虑结构地震反应特性的非结构构件动力加载制度

我国在非结构构件抗震性能方面的实验研究尚处于起步阶段。首先介绍了美国纽约州立大学布法罗分校非结构构件模拟器的加载制度（UB-NCS加载制度）。在此基础上,为了考虑结构特性对非结构构件地震反应特性的影响,建议以结构在大量地震动作用下的非线性时程反应为依据,确定楼面峰值加速度和最大层间位移沿结构高度方向的分布函数。将其用于UB-NCS加载制度,可得到针对某一具体结构中位于某一楼层的非结构构件的位移时程加载曲线。该方法在对非结构构件进行检测加载时,能够考虑其所在结构的非线性地震反应特性,可用于研究不同的结构体系或地震损伤控制技术在减轻非结构震害方面的效果。     

高强混凝土剪力墙地震损伤模型分析

在分析比较现有钢筋混凝土结构的地震损伤模型的基础上,根据高强混凝土剪力墙的滞回曲线特性及刚度退化规律,采用能量耗散系数和最大变位处的卸载刚度的退化为破坏参数,提出了适用于高强混凝土剪力墙构件的双参数地震损伤模型。依据已有的高强混凝土剪力墙构件试验研究结果,对损伤模型进行非线性回归分析,确定了相应的地震损伤模型参数,提出了高强混凝土剪力墙各性能水平的损伤指数以及相应于三水准抗震设防的损伤指数允许值。分析结果表明,按本文所提出的损伤模型计算得到的剪力墙构件最终破坏时对应的损伤指数,其平均值在合理范围内,标准差较小;损伤指数计算值对应的损伤程度基本符合试验结果,计算结果离散程度较低。     

基于剩余寿命等效的钢筋混凝土构件地震损伤模型

基于剩余寿命等效的概念，提出了钢筋混凝土构件地震损伤改进模型。其基本思想是认为以某损伤参数(如刚度、位移延性、能量等)建构的损伤指数与疲劳损伤指数(如纵筋累积疲劳损伤)，在损伤指数D＝1．0条件下都可以表示构件失效。这样在某时刻以不同损伤指数表达的构件剩余寿命(1．0—Di)与损伤指数增量ΔDi之比，都等于使构件完全失效时对应的继续循环加载周数。利用这种等效关系定义了新的损伤指数，可以在构件的反应参量和破坏机理之间建立起联系。作为实际应用给出了一种基于截面刚度退化的低周反复荷载作用下钢筋混凝土桥墩损伤模型。     

钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计

本文结合我国地震设防水准,在国内外有关地震损在量研究结果的基础上,提出钢筋混凝土结构地震损伤的“三水准”性能目标;其次,对于剪切型钢筋混凝土结构,提出了结构层间柱－压弯构件三线性恢复力模型参数确定和地震损伤计算方法;第三,提出了地震损伤直接验算和将地震损伤验算归结为变形验算的钢筋混凝土结构地震损伤性能设计方法;最后,通过设计例题说明了本文方法应用的可行性。