中国规范钢筋混凝土抗震墙延性和位移角的量化研究

分析了中国、美国、新西兰规范三种不同钢筋混凝土剪力墙约束箍筋设计方法的内在机理,讨论了三国规范存在的问题。结果表明,中国规范仅按照轴压比判断是否加约束箍筋的设计方法不合理,使同一抗震等级剪力墙的位移和延性指标不平衡。美国和新西兰规范是基于位移和延性的设计方法,但其没有考虑剪力墙钢筋拉断的受拉破坏,导致混凝土高度很小时高估了位移和延性能力,而实际位移和延性不能满足要求。提出了基于修正后的美新规范位移角和延性计算方法,评估了现行中国规范不同的抗震等级、烈度下剪力墙具有的位移和延性能力。按照中国规范设计剪跨比为4的剪力墙在抗震等级为一级(9度)、一级(6、7、8度)、二三级时,延性指标平均值分别能达到5.1、3.6和2.6,位移角指标能达到1/81、1/129和1/175。     

近场高烈度区高层框筒结构组合隔震设计与分析

针对高烈度近场地震区的高层框架-核心筒结构,提出了橡胶隔震支座和弹性滑板支座的组合隔震设计思路。采用时程分析方法对比计算了结构采用传统抗震与隔震技术在地震作用下的层剪力、层间位移角、楼层加速度、支座应力和地震能量耗散情况。研究结果表明:多遇地震下,组合隔震结构楼层位移与加速度的衰减幅值达54%和60%;罕遇地震下支座的拉应力和位移都控制在规范限值内,橡胶隔震支座和弹性滑板支座的滞回曲线均饱满,从滞回曲线可得知两种支座同时进入屈服,表明在该组合隔震设计中,两种支座具有良好的协同工作性,验证了该组合隔震设计的合理性。     

利用等位移原则估计高层结构的非弹性地震反应(二)

通过高层结构弹性和非弹性地震时程反应分析,研究了两者的位移反应关系。结果表明：结构在不同地震作用下非弹性总位移角反应的平均值与弹性反应十分接近,基本符合等位移原则,可以用后者分析结果直接估计前者;结构最大层间位移角反应的平均值在弱和中等非线性阶段亦与弹性反应十分接近,在强非线性阶段则大于弹性反应,经数据拟合,初步提供了一个在此阶段由弹性最大层间位移角反应估计非弹性反应的近似公式。     

最小剪力系数及其调整方法对超高层建筑地震响应的影响

超高层结构地震剪力响应由振型分解反应谱法得到的结果经常不能满足规定的最小剪力系数要求。为此,文章简述剪力系数的概念和调整方法,以具有不同剪力系数的两个模型对比分析结构弹性、弹塑性地震响应差异,探讨剪力系数对超高层结构地震响应的影响。以通过强度和刚度调整使最小剪力系数满足规范要求的两个模型,分析不同调整方法引起的结构响应的合理性。结果表明:满足最小剪力系数的结构的弹性基底剪力大、层间位移角较小,结构的弹塑性位移响应也较小,受力状态优于不满足最小剪力系数的结构,安全性得到了提高。结构弹性倾覆力矩需求和弹塑性基底剪力按刚度调整大于按强度调整;结构弹塑性最大顶点位移和层间位移角响应相差不大,但出现刚度大\,层间位移角也大的与抗震理论相悖的情况;在满足抗震要求的情况下,构件的受力状态则是按强度调整更优,构件截面更加经济合理。     

梁铰型屈服RC框架结构地震弹塑性位移增大系数研究

本文通过弹性和弹塑性时程分析,研究了水平地震作用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数3个因素对弹塑性位移增大系数的影响,通过非线性回归分析给出了弹塑性层间位移增大系数经验公式;通过分析滞回耗能沿楼层高度的分布,初步确定了梁铰型屈服RC框架结构的薄弱楼层位置;基于结构损伤分析,讨论了抗震规范中RC框架结构弹塑性层间位移角限值的水准。     

错位转换高层建筑结构水平地震作用下的扭转反应研究

根据中国规范设计了一总层数为40层的错位转换高层建筑结构,为对比分析需要另设计具有相同楼层数的两带单层转换高层建筑结构。采用Etabs和Satwe对比分析了三结构在水平地震作用下的相对位移比、层间位移比沿楼层分布情况;其相对扭转角、层间扭转角、层间有害扭转角的分布特点;顶层角点扭转位移轨迹。研究分析表明,错位转换高层结构的扭转反应远大于同类带单层转换高层结构的反应;对单层转换结构采用位移比不能很好反映其扭转反应,而结构扭转位移角沿楼层分布规律更能体现其扭转反应特征。     

基于位移角的弯曲破坏RC抗震墙约束箍筋设计法

研究表明,我国抗震规范中的钢筋混凝土抗震墙约束箍筋设计法无法量化位移角能力,使同一抗震等级下能达到的位移角不平衡。为了克服规范中的不足,提出了基于钢筋拉断破坏和混凝土压溃破坏两种破坏下基于量化位移角指标的约束箍筋设计法。基于该方法评估了现行中国规范不同抗震等级的剪力墙具有的位移角变形能力,结果表明中国规范在抗震等级为一级(9度)、一级(6、7、8度)、二三级时的位移角平均值分别在0.009、0.007、0.005左右。将以上3数据定量为中国规范三个抗震等级下的位移角设计指标,并利用本文提出的基于位移角的设计法对中国规范定性的基于轴压比设计法修改成定量的基于目标位移角设计法,量化了不同抗震等级的位移角能力,且克服了同一抗震等级时位移角不平衡的不合理性。     

超大型冷却塔随机地震响应分析

为全面掌握核电超大型冷却塔的抗震性能,首先进行结构的模态分析,然后采用振型分解反应谱法和弹性时程分析方法,计算结构在多遇地震作用下的响应,并对结构进行考虑材料和几何非线性的动力弹塑性时程分析,得到结构在罕遇地震作用下的响应。由于超大塔支柱跨度达到170m,还首次对结构进行了考虑行波效应的多点激励分析。结果表明:结构前8阶振型以局部振动为主,直到第9阶出现整体倾覆振型。在多遇地震作用下,支柱的最大位移和基底剪力均满足规范要求,且水平地震反应远大于竖向地震反应。在罕遇地震作用下,支撑结构位移角远小于规范限值,出现的塑性铰数量较少,且主要分布在支柱与壳体的连接处。多点输入对支柱内力影响较为不利,而对支柱位移和塔筒内力影响较小,塑性铰出现的数量稍多且破坏程度更加严重。     

8.5度设防区剪力墙结构层间位移角限值探讨

为满足小震作用下结构层间位移角限值的要求,抗震设防高烈度区设计的结构竖向构件多,截面尺寸大,影响建筑使用空间。控制小震作用下的层间位移角除满足舒适度、装饰结构和机械设备正常使用的需求外,主要目的是确保结构大震不倒。根据新疆喀什地区(8.5度设防)128条强震地震动和当地实际工程,参照现行不同规范对层间位移角限值的规定,以层间位移角和高度为控制参数,设计6个剪力墙结构模型,采用基于构件变形的抗震性能评估方法研究大震作用下结构的安全性。结果表明：6个剪力墙结构在8.5度大震作用下均满足“大震不倒”的要求,且在两倍大震作用下具有合理的屈服耗能机制。建议小震作用下新疆喀什地区剪力墙结构的弹性层间位移角限值放松至1/500。     

等位移理论估计高层建筑结构非弹性地震反应的进一步研究

为进一步研究用等位移理论估计高层建筑结构非弹性地震反应,选用五个钢筋混凝土高层结构实例,输入二十条不同场地条件的地震波,采用结构弹性和非弹性地震时程反应分析方法,研究了结构弹性和非弹性最大顶点位移以及最大层间位移角之间的关系。提出可以直接用弹性最大顶点位移估计非弹性最大顶点位移。对于非弹性层间位移角反应,在中、弱非线陛阶段宜可直接用弹性反应结果估计,而在强非线性阶段则需进行一定修正。     

钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法

本文对国际上主要建筑抗震设计规范中钢筋混凝土框架可修水准的层间位移角限值进行了比较,讨论了国内的一些相关研究结果,结合中国抗震规范确定钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值和屋顶侧移率限值分别为1/150和1/200。采用安全系数的抗震设计表达、论述了对应于结构层间位移角基于承载力的简化抗震设计方法。最后用实例按反应谱分析和弹性时程分析验证了钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值的有效控制作用,初步确定了简化抗震设计方法中梁柱构件的抗震安全系数并分析了提高目前结构抗震安全度的措施。     

强震下框架-剪力墙结构损伤破坏量化指标研究

为了探究能够全面评估钢筋混凝土结构抗震性能的量化指标,借助有限元软件ABAQUS对一拟建的10层框架-剪力墙结构进行了大量的非线性动力时程数值计算,对比分析了不同地震作用下最大层间位移角与滞回耗能的分布情况,从结构滞回耗能的角度揭示了破坏机制,得到主要结论如下:结构层间位移角最大的位置不一定是损伤破坏最严重或者薄弱的部位,以层间位移角作为整体结构抗震性能的判别指标离散性较大,计算结果易受所选地震波的方法及数量影响;结构滞回耗能沿楼层的分布受地震波选取方法和数量的随机性影响较小,结构底层耗能对结构整体耗能贡献最大,约占结构总耗能的60%,其余各楼层滞回耗能约占结构总滞回耗能的1%~8%;梁和柱滞回耗能主要集中于结构底部1层,总的框架梁滞回耗能仅占结构总滞回耗能的18%~22%,绝大部分地震输入能由框架柱吸收,总的框架柱滞回耗能占结构总滞回耗能的80%左右,该计算结果与实际震害中结构主要形成"柱铰"破坏机制的现象较为一致。     

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明：随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻;同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重;采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数;基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。     

核心筒抗震性能水准及变形限值研究

为研究核心筒抗震性能水准及其指标限值,完成了3个核心筒拟静力试验,记录了损伤过程及对应的层间位移角。在现有核心筒研究成果及国内外规范的基础上,将核心筒的抗震性能水准划分为4个等级,并给出了相应的宏观描述。通过总结相关试验研究结果,发现《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对层间位移角限制过于严格,考虑到结构带裂缝工作,层间位移角限制过严会增加建筑成本,并导致结构自重增加而不利于抗震,故建议适当放宽核心筒的层间位移角限值,分别给出框架-核心筒及筒中筒结构最大层间位移角建议值。     

Prediction and optimisation of seismic drift demands incorporating ground motion frequency content

This paper examines the distribution of seismic drift demands in multi-storey steel moment frames designed to the provisions of Eurocode 8, with due account of the frequency content of ground motion. After providing an overview of current design rules, selected results from a detailed parametric investigation into inelastic drift demands are presented and discussed. The study includes extensive incremental dynamic analyses covering a wide range of structural characteristics and a large suite of ground motion records. The mean period is adopted in this work as a measure of the frequency content of ground motion. Prediction models for maximum global and inter-storey drift demands are presented and shown to be primarily affected by the fundamental-to-mean period ratio and the behaviour factor. Particular attention is given in this paper to the influence of the relative storey stiffness ratio on the distribution of drift demands over the height of the structure. In order to achieve a comparatively uniform drift distribution, a target relative storey stiffness ratio, incorporating the structural and ground motion characteristics, is proposed for design purposes. Finally, the implications of the findings on typical design procedures are highlighted, and possible improvements in codified guidance are discussed.     

不同支撑形式高强钢组合偏心支撑抗震性能研究

耗能梁段作为偏心支撑结构的耗能元件,在大震作用下通过弹塑性变形吸收地震能量,保护主体结构处于弹性受力状态。现行规范基于强度的设计理论,为了保证耗能梁段进入塑性或破坏,梁柱构件需要进行放大内力设计,导致截面过大,而且基于强度的设计方法很难保证结构的整体破坏状态。目前,抗震设计越来越重视基于性能的设计思想,该方法能够评估结构的弹塑性反应。对于高强钢组合偏心支撑,其中耗能梁段和支撑采用Q345钢,框架梁柱采用Q460或者Q690高强度钢材,高强钢不仅带来良好的经济效益,而且能够推广高强钢在抗震设防区的应用。利用基于性能设计方法设计了4种不同形式的高强钢组合偏心支撑钢框架,包括K形、Y形、V形和D形,考虑4层、8层、12层和16层的影响。通过Pushover分析和非线性时程分析评估该结构的抗震性能,研究结果表明:4种形式的高强钢组合偏心支撑钢框架具有类似的抗震性能,在罕遇地震作用下,几乎所有耗能梁段均参与耗能,而且层间侧移与耗能梁段转角沿高度分布较为均匀。其中:D形偏心支撑具有最大的抗侧刚度,但延性较差,而Y形偏心支撑的抗侧刚度最弱,但延性最佳。     

中外场地分类研究现状及其应用讨论

场地类别的不同会影响建筑物的抗震设计,世界各国根据各自的经济水平和抗震理念,有着不同的场地分类标准。本文抓住我国抗震设计规范演变主线回顾了场地类别相关研究进展,重点介绍和对比我国与美国、欧洲和日本等发达国家建筑设计规范中的场地分类的异同,并用工程实例进行分类给出了不同国家场地类别的对应关系,提出了我国场地分类方法可增加计算深度及采用场地周期作为分类指标的建议。     

考虑地震动持时效应的输电塔-线体系响应研究

研究了地震动持时效应对输电塔-线体系动力响应的影响。基于能量持时的定义方法,选取了一组包括20条长持时和20条短持时的地震动作为输入。地震动调幅至0.2g和1.2g来分别研究地震动持时效应对结构弹性和塑性响应的影响,并选取输电塔的塔顶峰值加速度、位移、主材应力以及节间位移角作为评价指标。结果表明:地震动持时效应对所选取的评价指标具有不同的影响规律,在输电塔-线体系动力响应研究中持时效应不容忽视。可以为输电塔的抗震设计提供有益的参考。     

钢筋混凝土框架结构层间位移角与构件变形关系研究

层间位移角已作为检验建筑结构抗震性能的主要指标之一而被广泛应用。为实现该指标在钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计中的应用,研究了层间位移角与构件变形之间的关系。首先,采用对部分子结构的弹性理论分析得到了弹性阶段梁变形对层间位移角贡献比例的计算公式。接着,采用对15层钢筋混凝土框架整体结构的非线性地震反应计算结果的统计分析得到了在塑性阶段梁变形对层间位移角的贡献比例回归计算公式。所建立的计算公式反映了梁与柱的相对刚度和强度比例、层闽塑性变形程度的影响。最后,应用该方法进行了一算例分析,计算结果和试验结果比较一致。利用本文提出的计算方法可以方便地把对框架结构的层间位移需求转变为对梁、柱构件的变形要求。