基于随机IDA的多龄期钢框架地震易损性分析

利用气雾腐蚀箱对城市近海大气环境进行了模拟。对近海大气环境中不同锈蚀程度的钢材试件进行了拉伸试验,并获得了钢材力学性能(屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量)随失重率增大的退化规律。利用钢材力学性能退化规律,建立了钢框架结构的时变整体地震损伤模型。基于ABAQUS数值模拟,同时考虑结构与地震动的不确定性,建立了4个不同龄期(0年、20年、35年、50年)6层钢框架结构的有限元模型,以PGA作为地震动强度指标,以结构整体损伤为地震需求指标,对模型进行了随机IDA分析,并在IDA分析结果的基础上对结构进行了多龄期钢框架结构地震易损性分析。研究结果表明,随着龄期的增长,结构失效概率逐渐增大,且在同一损伤状态下,结构失效概率的增量也逐渐增大;龄期对结构失效概率的影响随损伤程度的增加而增大。     

多龄期钢框架时变损伤模型研究

对3种不同厚度的钢材标准试件进行酸性大气环境气雾加速腐蚀试验,并对锈蚀后的试件进行单向拉伸试验,得到钢材力学性能随失重率的衰变规律。同时考虑构件截面削弱与材料力学性能降低,建立不同锈蚀程度下的钢框架有限元分析模型,利用非线性静力推覆分析得到锈蚀钢框架结构的整体初始刚度随锈蚀程度增大的退化规律,以表征结构因锈蚀造成的损伤。提出同时反映最大变形效应和累积耗能效应的双参数结构整体地震损伤模型,并在此损伤模型的基础上集合钢材材性试验结果及有限元分析结果,提出适用于锈蚀钢结构的"时变"损伤模型。对比分析以层间位移角及时变损伤模型为性能指标建立的不同龄期钢框架结构的地震易损性曲线,结果表明:随着锈蚀程度的增加,在相同地震动强度下结构超越某一极限状态的失效概率均增大。     

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。     

基于地震观测数据的结构损伤水平表征参数研究

为了能在震后更好地利用测得的结构动力响应参数快速对结构损伤程度进行评估,文中挑选了最大层间位移角、自振频率相对改变量和顶层加速度放大系数3个参数,分析结构损伤指数与3个参数之间的相关性,并且提出了一种组合结构体系参数.结果表明,结构损伤指数与最大层间位移角的相关性为高度相关,与自振频率相对改变量和顶层加速度放大系数的相...     

竖向质量分布对框架结构动力特性影响的研究

在框架结构动力分析中,往往是把填充墙质量集中在楼层处进行求解.文中考虑填充墙实际分布对结构自振特性的影响,通过传递矩阵法求解结构自振频率和振型,并进一步分析了高阶频率的分布规律.结果表明,与采用集中质量模型的振型叠加法相比,填充墙的竖向质量分布会对框架结构高阶频率产生很大影响;框架结构的高阶模态具有局部性和密集分组的特...     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

考虑锈蚀的钢框架柱地震损伤模型研究

为准确评估锈蚀钢框架在地震作用下的损伤,对已有的地震损伤模型进行改进,并对框架柱的地震损伤特性进行分析。建立基于变形和能量组合的双参数损伤模型,对损伤模型中相应的参数给出具体定义和表达式,定义不同破坏等级的损伤指数范围。对3个具有不同锈蚀率的空间钢框架结构进行弹塑性时程分析,并对损伤模型的准确性进行验证。研究结果表明,该模型能够较好地描述锈蚀钢框架柱的地震损伤程度。研究结果可为该类结构构件的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。     

基于时变地震损伤模型的多龄期钢框架结构易损性分析

基于时变地震损伤模型提出酸性大气环境作用下多龄期钢框架结构概率地震易损性分析的方法及步骤;考虑服役龄期对钢框架结构抗震性能的影响,分别建立时变概率地震需求模型、时变概率抗震能力模型及时变易损性模型;在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基础上,得到多龄期(20年、30年、40年、50年)钢框架结构的易损性模型及易损性曲线。     

基于隔震就位连接技术的高层钢框架结构建筑抗震技术研究

以抗震设防7度区的某高层钢框架结构建筑为研究对象,研究基于隔震就位连接技术的高层钢框架结构建筑抗震技术。对研究对象采用抗震就位连接技术,通过在隔震层中设置弹性滑板支座、厚层橡胶隔震支座化黏滞阻尼器等隔震装置提升研究对象自振周期,降低其上部结构受地震作用的影响程度,增强抗震性能。对研究对象进行模态分析与时程分析,结果显示,所研究隔震技术在显著提升研究对象自振周期,使其摆脱场地特征周期的同时,也能够延缓扭转振型的形成,显著降低地震作用对研究对象上部结构的影响,说明所研究技术的运用具有较好的抗震效果。     

钢筋混凝土框架结构动力特性研究

本文利用SVSA结构振动信号采集分析系统,对31幢钢筋混凝土框架结构的动力特性进行了现场实测,统计分析结构在环境随机振动作用下的动力特性规律。回归得到了自振周期与房屋层数、高宽比的关系,阻尼比与房屋高度、自振频率之间的关系,可供工程设计参考。     

多龄期钢框架结构地震损伤模型研究

基于ABAQUS非线性有限元分析,通过控制变量法分析得出影响多龄期钢框架地震损伤的主控因素为构件有效截面收缩与钢材极限强度退化。定义广义的锈蚀损伤,并探索锈蚀损伤与未锈蚀原型结构地震损伤的关系,最后建立基于未锈蚀原型结构地震损伤的多龄期结构地震损伤模型。     

Preliminary investigation of seismic damage to two steel space structures during the 2013 Lushan earthquake

Severe damage to steel space structures is rarely reported when compared to other structural systems damaged during past major earthquakes around the world.Two gymnasiums of steel space structures in downtown Lushan County that were damaged during the 2013 M7.0 Lushan earthquake in China were investigated and the observations are summarized in this paper.Typical damage to these two steel space structures ranges from moderate to severe.Moderate damage includes global buckling and dislocation of bolted connections of truss members,and inelastic elongation of anchor bolts and sliding of pedestal plates of supports.Severe damage includes member fracture caused by local buckling,and fracture failure of anchor bolts and welds.The distribution of structural damage to these two structures is described in detail and future research opportunities are suggested.     

基于IDA的多龄期钢排架结构地震易损性分析

针对钢材锈蚀导致结构抗震性能退化的现象,需对多龄期结构进行抗震性能评估。基于酸性大气环境下不同锈蚀程度钢材材性试验结果,以SAP2000为平台建立不同服役龄期(30年、40年、50年、60年)钢排架结构数值模型。选取PGA为地震动强度指标,最大层间位移角为地震需求参数对模型进行增量动力分析(IDA),建立结构地震需求模型,基于地震需求模型建立多龄期钢排架结构厂房地震易损性曲线和震害矩阵。研究成果可为城市多龄期建筑地震风险评估提供依据。     

Structural strength deterioration of coastal bridge piers considering non-uniform corrosion in marine environments

In the aggressive marine environment over a long-term service period,coastal bridges inevitably sustain corrosion-induced damage due to high sea salt and humidity.This paper investigates the strength reduction of coastal bridges,especially focusing on the effects of non-uniform corrosion along the height of bridge piers.First,the corrosion initiation time and the degradation of reinforcement and concrete are analyzed for bridge piers in marine environments.To investigate the various damage modes of the concrete cover,a discretization method with fiber cells is used for calculating time-dependent interaction diagrams of cross-sections of the bridge piers at the atmospheric zone and the splash and tidal zone under a combination of axial force and bending moment.Second,the shear strength of these aging structures is analyzed.Numerical simulation indicates that the strength of a concrete pier experiences dramatic reduction from corrosion initiation to the spalling of the concrete cover.Strength loss in the splash and tidal zone is more significant than in the atmospheric zone when structures’service time is assumed to be the same.     

酸雨环境下砌体结构地震易损性研究

对4榀相同特性的砖墙进行不同程度的酸雨腐蚀试验及低周反复荷载试验,得出其在不同腐蚀循环次数下的滞回曲线。基于陆新征-曲哲恢复力模型对砖墙试件进行模拟分析,并与试验结果进行对比,验证得出三弹簧单元模型能够较准确预测砌体构件的滞回性能。利用三弹簧单元模型对不同腐蚀次数下砌体结构进行IDA分析,得出不同腐蚀次数下砌体结构的易损性曲线,通过对"小震"、"中震"、"大震"下结构失效概率的分析得出,酸雨腐蚀能够严重影响结构的力学性能,使得结构的抗震性能显著下降。     

钢结构房屋动力特性脉动法测试研究

对上海地区的10幢钢结构建筑进行脉动法测试并采集数据,得到广义钢结构房屋的动力特性。选取其中1栋典型建筑通过多次测试和数值模拟分别验证测试的稳定性和准确性。通过分析处理测试数据建立钢结构建筑一阶周期与结构层数或高度的线性关系式,并归纳总结了等效阻尼比的测试结果,为验证结构动力特性理论计算结果、钢结构建筑减震隔震设计以及鉴定、加固改造、损伤识别提供依据。     

自然腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳应用性能试验研究

在海岸与近海结构工程中被广泛应用的钢筋混凝土构件,由于长期处在有海水腐蚀、干湿交替和循环荷载的严酷环境中,导致钢筋因侵蚀结构严重损伤。本文对6根钢筋混凝土试验梁进行了腐蚀与循环荷载作用下的疲劳试验研究,循环荷载幅值设计为2%～40%P_u和2%～60%P_u两种,对试验梁在大气环境中、淡水环境中和海水腐蚀环境中疲劳破坏情况进行试验探索,研究在三种环境与循环荷载作用下钢筋混凝土构件的力学性能及刚度损伤演化规律,同时分析了破坏形态、裂缝宽度、挠度的发展规律和疲劳寿命。结果表明:腐蚀与循环荷载共同作用下,短期内腐蚀溶液不会对梁内部钢筋造成显著影响从而降低耐久性;在循环次数达到一定范围内,试验梁耐久性降低42%,其中两个试验梁在循环荷载上限为0.6P_u时的耐久性分别降低54%和37%。