新型框架结构弹塑性地震反应的等效线性化方法研究

等效线性化方法是计算结构弹塑性地震反应的实用方法.通过对几种等效线性化方法的比较分析,提出了基于FEMA440 （2005）计算等效刚度和等效阻尼比的等效线性化方法;分别采用静力弹塑性分析方法和等效线性化方法,分析了局部使用高性能纤维增强混凝土新型框架结构的弹塑性地震反应.结果表明,两种方法所得结构的地震反应均比较接近.因此,本文建议的等效线性化方法能够较好地预测新型框架结构的弹塑性地震反应.     

基于位移的抗震设计方法中的等效阻尼模型的研究

对基于位移的抗震设计方法单自由度体系弹塑性位移计算的等效线性化方法中的等效阻尼模型进行研究.在统计分析的基础上,提出了考虑场地类别和设计地震分组的等效阻尼比公式,并与不同阻尼比公式进行了比较.对不同等效线性化方法的计算误差进行了统计分析,结果表明,本文建议的公式在预测单自由度体系位移反应方面与动力弹塑性分析结果在统计意义上吻合得最好.     

隔震结构改进等效线性化设计方法研究

采用现有10种等效周期及等效阻尼比计算公式配合中国《建筑抗震设计规范》(简称《抗规》)加速度谱的等效线性化方法,对100个隔震模型进行位移估算。发现难以取得高精度的位移估算结果。基于此,提出等效周期和等效阻尼比的改进计算方法,用于《抗规》加速度谱进行隔震结构等效线性化设计,并讨论了地震强度、特征周期以及地震动特性对改进方法的位移估算精度的影响。结果表明:地震强度、特征周期以及地震动特性对改进方法的位移估算精度均有一定影响,但绝大部分位移估算精度能够控制在±20%内,并且大部分可控制在±10%内。     

钢板剪力墙结构基本自振周期简化计算研究

本文针对钢板剪力墙结构自振周期缺乏研究的现状,将钢板剪力墙简化为Timoshenko梁,提出了考虑周边框架影响的钢板剪力墙等效抗剪刚度计算的方法,然后根据Southwell-Dunkerley理论,给出了钢板剪力墙结构基本自振周期的简化计算公式。然后,通过56个算例比较分析了本文公式计算结果与有限元计算结果发现:本文公式计算结果与有限元结果之比的平均值为1.015,标准差为0.049,说明本文公式具有足够的可靠性。接着,又对结构高度、均布质量、等效抗剪、抗弯刚度、钢板的高厚比、高宽比等参数进行了分析,分析结果表明:随着结构高度与均布质量开方的乘积增大,结构的基本自振周期增长;层数相同时,随着等效抗剪刚度、抗弯刚度的增大,周期有减小的趋势;层数相同时,随着钢板高厚比与高宽比乘积的增大,周期增长。     

等效阻尼比对基于位移的抗震设计的影响分析

等效阻尼比是基于位移抗震设计中确定等效周期的一个关键参数。通过对不同研究者提出的等效阻尼比模型进行比较研究,重点讨论了滞回模型、延性系数和等效周期对等效阻尼比的影响。结果表明,不同等效阻尼比模型的总体变化趋势是一致的;滞回模型对等效阻尼比有很大影响,Ramberg-Osgood模型的等效阻尼比是Flagshaped模型的2.56倍;等效阻尼比随着延性系数的增大而增大,尤其在μ=2～4范围内变化幅度最大;短周期与中长周期等效阻尼比相差2倍多,故等效周期小于1 s时,必须考虑其对等效阻尼比的影响。     

水平分层土层系统等效阻尼比的简化计算方法

在实际工程场地中,很多土层可视为水平分层,各层土的物理和力学性质存在差异,其中包括土的振动阻尼比。本文讨论水平分层土层系统的等效阻尼比的近似计算方法,基于5个不同的加权函数推导了10种等效阻尼比的计算公式。通过2个算例,分别以等效阻尼比为参数计算水平分层土层的地震反应,并与准确解相比较,分析了不同等效阻尼比近似计算方法的计算精度。数值结果表明,若等效阻尼比计算方法选择不恰当,会导致土层地震反应的计算结果出现较大误差。针对2种不同类型的水平分层土层,建议采用基于三角形分布的加权函数来计算土层系统的等效阻尼比。     

基于性能抗震设计中的等效线性模型研究

对6种等效线性化方法等效模型进行分析和总结,研究等效线性化方法应用于桥梁结构基于位移抗震设计的可行性及计算过程.以箍筋体积配箍率和桥梁结构承载能力为评价因素,对钢筋混凝土桥梁墩柱采用不同等效线性化方法进行基于位移的抗震设计,研究了等效线性化方法及阻尼调整系数对抗震设计结果的影响.研究表明,各种等效线性化方法应用于基于位移的抗震设计其计算结果存在较大差异,等效阻尼比对基于位移的抗震设计结果影响显著,不同的阻尼调整系数得到的计算结果也不同.在所研究的6种等效线性化方法中,Kowalsky方法、Iwan方法和欧进萍方法计算误差较小,随着位移延性系数的增大,Kowalsky方法的计算误差减小.应用Eurocode8规范提供的阻尼调整系数计算得到的结果与真实值较为接近.建议采用Eurocode8规范提供的阻尼调整系数和Kowalsky方法进行基于位移的抗震设计.     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

刚度串联式耗能连梁结构设计关键技术研究

钢筋混凝土剪力墙结构是高层建筑结构中最常用的结构类型之一,消能减振技术作为控制结构振动反应的有效手段而越来越多地应用于钢筋混凝土剪力墙结构。连梁作为钢筋混凝土剪力墙结构的重要构件,在结构体系中起到增加结构侧移刚度、传递墙肢间荷载和位移、担当结构抗震设防第一道防线、强烈地震作用下消耗振动能量等重要作用。鉴于连梁的重要性,自上世纪60年代以来国内外学者先后提出了普通配筋连梁、斜向交叉暗撑配筋连梁、菱形配筋连梁、斜向交叉钢筋连梁、双连梁、劲性连梁、刚性连梁、外贴钢板式耗能连梁、刚度串联式耗能连梁等多种连梁设计方案。其中钢筋混凝土—软钢阻尼器刚度串联式耗能连梁(以下简称刚度串联式耗能连梁)作为钢筋混凝土剪力墙结构消能减振领域内的一项新技术,自提出以来逐渐被多个工程项目采纳和使用。刚度串联式耗能连梁设计方案自上世纪90年代被提出以来,国内外学者进行了一定的研究。但目前国内外研究成果主要集中于阻尼器类型的设计,而少有人研究阻尼器在结构空间位置优化布置的问题。本文基于国内外研究现状,针对刚度串联式耗能连梁的设计概念、设计技术以及阻尼器沿结构空间位置优化等问题进行了研究。本文主要研究工作汇总如下:(1)总结并分析了钢筋混凝土剪力墙结构连梁受力特征及刚度串联式耗能连梁工作机理。首先对连梁的震害特征以及对连梁横截面剪切应力沿结构高度方向的分布规律进行了分析。然后基于延性设计原理,阐述了双肢剪力墙中耦合比的概念。最后根据建筑结构阻尼器工作原理,结合连梁内力分布特征分析和连梁震害特征总结,分析了组合耗能连梁的工作机理。(2)基于反应谱理论拟合出考虑多因素的速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式并剖析了减震系统工作原理。首先,介绍了地震反应谱相关理论,并初步分析了两大减震系统的工作机理以及其适用范围。然后基于反应谱理论详细分析了两大减震系统的减震原理。最后基于强震记录拟合得到速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式。(3)提出并分析了刚度串联式减震结构减震性能曲线基本理论、曲线构建方法和曲线形式,并建立了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构初步设计方法。根据单自由度力学模型以及对应的滞回曲线,并基于弹塑性反应谱等效线性化方法的基本原理,推导出单自由度减震系统的等效周期、等效阻尼比的计算公式。确定了减震结构性能曲线绘制方法及关键技术,建立了刚度串联式减震结构减震性能曲线,探讨了减震结构性能曲线的工程应用价值。提出了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构设计方法和设计流程。(4)提出了软钢阻尼器沿钢筋混凝土剪力墙结构竖向布置的设计方法、设计原则以及设计计算公式。研究了基于减震结构性能曲线相关理论的多自由度减震系统阻尼器刚度沿结构高度方向的分配原则和方法。详细分析了每一竖向布置原则的物理意义,并对五大竖向布置原则之间的关系进行了探讨。根据阻尼器沿结构竖向布置五大原则所对应的力学原理及计算公式,推导出结构各层阻尼器刚度和延性系数分配计算公式。(5)提出了软钢阻尼器在钢筋混凝土剪力墙结构各层布置原则以及软钢阻尼器的设计方法、设计原则以及设计计算公式。提出了阻尼器沿结构水平向布置的基本原则。基于连梁的实际工作性能和软钢阻尼器的力学特性,提出了刚度串联式耗能连梁中金属阻尼器设计的三大原则。根据力学理论和结构材料特性,分别推导出各阻尼器设计原则所对应的方法和公式。(6)采用本文建立的结构消能减震设计方法,对一栋典型的钢筋混凝土剪力墙结构进行了消能减震优化设计,并使用Seismostruct有限元分析软件对设计结果进行了弹塑性时程分析验证,验证结果表明本文所确定的刚度串联式消能减震设计方法科学合理、结果可靠、具有工程实用价值。     

高性能混凝土剪力墙恢复力模型研究

高性能混凝土剪力墙的侧向刚度较大,变形能力较差。为了增强其侧向变形能力,通常在剪力墙截面两端设置约束边缘构件。根据15个设置边缘约束构件的高性能混凝土剪力墙弯曲(弯曲剪切)破坏的试验结果,以屈服点、峰值点和极限点将此种剪力墙的力-位移骨架曲线简化为三线型模型;基于平截面假定,分别推导了屈服荷载、峰值荷载及极限荷载的表达式;公式推导中考虑了边缘约束构件的影响。根据理论分析和试验数据,建立了骨架曲线各阶段的刚度计算公式。从理论值与试验值的比较可以看出,基于平截面假定所得到的屈服荷载和峰值荷载的计算值均与试验值接近。考虑了卸载时的刚度退化,并建立了适合高性能混凝土剪力墙的恢复力模型。     

不同网格间距的小剪跨比网格剪力墙抗震性能研究

为研究网格间距对网格剪力墙抗震性能的影响,对两个竖肢中心距不同的小剪跨比网格剪力墙进行了拟静力试验及有限元分析。结果表明：横肢中心距相同、竖肢中心距分别为200 mm及300 mm的网格剪力墙破坏模式不同,竖肢中心距为200 mm的网格剪力墙下部和墙底角部混凝土破坏,破坏模式为剪压破坏;竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙沿对角线主斜裂缝错动并产生滑移,破坏模式为剪拉破坏。两个试件的极限位移角均在1/100左右,竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙刚度和承载力略大。有限元模拟结果与试验吻合良好,验证了模拟方法的有效性。提出了适用于不同间距网格墙的等效厚度计算方法,网格剪力墙可等效为实体剪力墙计算刚度和承载力。     

Predominant period and equivalent viscous damping ratio identification for a full‐scale building shake table test

The predominant period and corresponding equivalent viscous damping ratio, also known in various loading codes as effective period and effective damping coefficient, are two important parameters employed in the seismic design of base‐isolated and conventional building structures. Accurate determination of these two parameters can reduce the uncertainty in the computation of lateral displacement demands and interstory drifts for a given seismic design spectrum. This paper estimates these two parameters from data sets recorded from a full‐scale five‐story reinforced concrete building subjected to seismic base excitations of various intensities in base‐isolated and fixed‐base configurations on the outdoor shake table at the University of California, San Diego. The scope of this paper includes all test motions in which the yielding of the reinforcement has not occurred and the response can still be considered ‘elastic’. The data sets are used with three system identification methods to determine the predominant period of response for each of the test configurations. One of the methods also determines the equivalent viscous damping ratio corresponding to the predominant period. It was found that the predominant period of the fixed‐base building lengthened from 0.52 to 1.30 s. This corresponded to a significant reduction in effective system stiffness to about 16% of the original stiffness. The paper then establishes a correlation between predominant period and peak ground velocity. Finally, the predominant periods and equivalent viscous damping ratios recommended by the ASCE 7‐10 loading standard are compared with those determined from the test building. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

An effective simplified model of composite compression struts for partially-restrained steel frame with reinforced concrete infill walls

To resolve the issue regarding inaccurate prediction of the hysteretic behavior by micro-based numerical analysis for partially-restrained(PR)steel frames with solid reinforced concrete(RC)infill walls,an innovative simplified model of composite compression struts is proposed on the basis of experimental observation on the cracking distribution,load transferring mechanism,and failure modes of RC infill walls filled in PR steel frame.The proposed composite compression struts model for the solid RC infill walls is composed ofαinclined struts and main diagonal struts.Theαinclined struts are used to reflect the part of the lateral force resisted by shear connectors along the frame-wall interface,while the main diagonal struts are introduced to take into account the rest of the lateral force transferred along the diagonal direction due to the complicated interaction between the steel frame and RC infill walls.This study derives appropriate formulas for the effective widths of theαinclined strut and main diagonal strut,respectively.An example of PR steel frame with RC infill walls simulating simulated by the composite inclined compression struts model is illustrated.The maximum lateral strength and the hysteresis curve shape obtained from the proposed composite strut model are in good agreement with those from the test results,and the backbone curve of a PR steel frame with RC infill walls can be predicted precisely when the inter-story drift is within 1%.This simplified model can also predict the structural stiffness and the equivalent viscous damping ratio well when the inter-story drift ratio exceeds 0.5%.     

低层装配式钢筋混凝土水平坐浆墙体抗震性能试验研究

为了研究低层装配式钢筋混凝土水平坐浆墙体的抗震性能,对3个不同剪跨比的低层装配式钢筋混凝土水平坐浆墙体进行了低周反复荷载试验。根据试验结果,分析了剪跨比对墙体的破坏形态、承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。结果表明:随着剪跨比的减小,墙体的破坏形态由弯曲破坏转为剪切破坏;试件SW2和试件SW3的承载力相对于试件SW1分别提高68%和110%,延性分别降低21.8%和37.5%;试件SW1的耗能能力最好,刚度退化速度最缓慢;预制钢筋混凝土墙板与现浇边缘构件协同合作,连接处无竖向裂缝,墙体整体性较好,具有良好的抗震性能,可用于我国城镇建设中的低层住宅结构。     

Masonry infill walls in reinforced concrete frames as a source of structural damping

This paper presents the results of an experimental study on the determination of damping characteristics of bare, masonry infilled, and carbon fiber reinforced polymer retrofitted infilled reinforced concrete (RC) frames. It is well known that the masonry infills are used as partitioning walls having significant effect on the damping characteristics of structures as well as contribution to the lateral stiffness and strength. The main portion of the input energy imparted to the structure during earthquakes is dissipated through hysteretic and damping energies. The equivalent damping definition is used to reflect various damping mechanisms globally. In this study, the equivalent damping ratio of carbon fiber reinforced polymer retrofitted infilled RC systems is quantified through a series of 1/3‐scaled, one‐bay, one‐story frames. Quasi‐static tests are carried out on eight specimens with two different loading patterns: one‐cycled and three‐cycled displacement histories and the pseudo‐dynamic tests performed on eight specimens for selected acceleration record scaled at three different PGA levels with two inertia mass conditions. The results of the experimental studies are evaluated in two phases: (i) equivalent damping is determined for experimentally obtained cycles from quasi‐static and pseudo‐dynamic tests; and (ii) an iterative procedure is developed on the basis of the energy balance formulation to determine the equivalent damping ratio. On the basis of the results of these evaluations, equivalent damping of levels of 5%, 12%, and 14% can be used for bare, infilled, and retrofitted infilled RC frames, respectively. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框组合剪力墙是一种适用于高层及超高层建筑的新型组合剪力墙。轴压比是影响剪力墙抗震性能的一个主要因素,高层建筑底部轴压比较大。本文进行了1/4缩尺的1个普通钢筋混凝土剪力墙模型和1个钢管混凝土边框组合剪力墙模型在高轴压比下的低周反复荷载试验。在试验研究基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了钢管混凝土边框组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:在高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。     

水平嵌筋加固砖砌体墙抗震性能试验研究

以嵌缝胶泥作为嵌缝材料,针对不同高宽比和不同配筋率的6片墙体进行了拟静力试验,探讨了嵌筋加固砖砌体墙的破坏特征、变形能力、承载能力、耗能能力、滞回特征及刚度退化等抗震性能,建立了以试验为基础的嵌筋加固砖砌体墙的抗剪承载力计算公式。研究结果表明:高宽比为1.8的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了17%~31%,延性提高了54%~83%;高宽比为0.5的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了13%~17%,延性提高了17%~20%,嵌筋加固墙体滞回环饱满,耗能能力有较大幅度提高,破坏形式由脆性破坏转变为延性破坏,嵌筋对墙体初始刚度的影响较小,给出的抗剪承载力公式计算值与试验值接近,为工程应用奠定了基础。     

不对称钢骨混凝土梁抗弯刚度的试验研究

文章在5根不对称钢骨混凝土梁试验研究的基础上，利用现行规范[1]中对称钢骨混凝土梁截面抗弯刚度的计算公式，提出了不对称钢骨混凝土梁截面抗弯刚度的计算方法，建立了相应的计算公式。结果表明，按照本文公式得到的计算值与实测值吻合良好。