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。     

高层建筑结构的抗震可靠度分析与优化设计

本文根据我们在文献２中给出的等效随机地震静力作用模型，紧密结合规范和利用我们在文献６中提出的结构体系可靠度分析的最弱失效模式法，提出了结构构件和体系“小震不坏”和“大震不倒”及结构体系在设计基准期内的抗震可靠度分析方法；重新校准了结构构件的目标可靠度指标；综合考虑结构造价和损失期望，提出了结构体系抗震目标可靠度的优化决策方法；分别给出了满足构件抗震目标可靠指标与同时满足构件和体系抗震目标可靠指标的     

结构抗震的可靠度与位移控制设计

本文指出,目前抗震规范里规定的设计方法不能正确地估计结构抗震的可靠度。作者用24个地震记录计算了1800个多层建筑的弹塑性地震反应,给出了多层建筑在地震作用下延伸率的分布密度。文中用结构的延伸率不大于某一极限值的概率表示结构抗震的可靠度,提出了一个根据对结构抗震可靠度的要求设计抗震结构的方法。用此法进行设计,可以求出结构遇到不同强度地震时的可靠度。如果在某一时期某一强度地震发生的概率为已知,结构总的抗震可靠度即可求出。最后,用本文给出的结果对现有建筑的抗震可靠度作了估计。     

考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素，又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据. 本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点，应用823条国内外水平向地震动记录（充分利用了我国取得的强震记录），给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型，研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响. 结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的，特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响；设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素，在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响；震级对强度折减系数的影响较小；如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响，震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.      

中美欧水平地震作用的比较

分析了中美欧抗震设计中的水平地震作用问题。首先,比较了中美欧抗震规范中建筑物重要性、强度折减系数的差异,介绍了中国规范的底部剪力法、美国规范的等效侧向荷载法以及欧洲规范的侧向荷载法。然后对一多层框架结构,分别作为办公楼和医院,计算了不同设防烈度下、不同延性等级下的水平地震作用,并进行了比较分析,获得了3种规范关于水平地震作用的一些差异。     

序列型地震作用下考虑损伤的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。本文研究主余震序列型地震作用下单自由度体系考虑损伤的强度折减系数谱。首先收集主余震实测记录并按中国抗震规范要求进行场地类别划分,对余震峰值进行调幅后进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、损伤指数、余震作用等因素对强度折减系数需求的影响。结果表明余震对强度折减系数的影响显著,考虑累积损伤的强度折减系数(R_D)是基于位移延性的强度折减系数(R_μ)的0.6至0.9倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了平均强度折减系数谱的简化公式。     

两次地震作用下RC框架结构设计方法初步研究

为研究钢筋混凝土(RC)框架结构在两次地震作用下的抗震能力,给出在设计中考虑两次地震作用的建议,本文以某典型3层RC框架结构为例,对其进行了两次地震作用下的弹塑性动力时程分析,并定义了一个考虑两次地震作用的设计调整系数。首先选取了100条同类场地地震动记录,将每条记录幅值调整到0.05 g、0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.5 g,然后两两组合得到36种工况、相当于3 600条序列型地震动记录,利用这些记录作为输入,对结构进行动力时程分析,得到了其经历两次地震作用后的整体损伤指数,最后通过对整体损伤指数统计分析,得到了典型RC框架结构在两次地震作用下的抗震能力和损伤状态。结果表明:两次地震作用下,框架结构损伤累积效应明显,与单次地震作用相比,损伤水平提高较大,最大加重约41%。因此,仅考虑单次地震的设计理论与方法是不完备的。根据计算结果,建议按照目前规范抗震设防水平的1.26倍进行抗震设计,以考虑两次地震的影响。本文方法、结果与结论可供结构抗震设计、结构抗震分析等工作参考。     

基于能力设计原理的罕遇地震作用下转换层结构设计研究

本文将基于能力的设计原理引入转换层结构设计,提出了“强转换弱上部”思想,给出了转换构件的能力设计公式。考虑了转换结构刚度和质量变化以及抗震设防烈度和转换层设置高度的不同对转换结构所受罕遇地震作用的影响,从工程应用的角度给出适用各类转换形式的能力设计简化公式,给出转换层结构能力设计的具体步骤。通过工程算例,对运用能力设计方法、我国现行规范方法以及在工程界应用的水平地震作用增大系数法(G βE)进行对比,并对转换层结构的能力设计方法应用提出了建议。     

高烈度区深水斜拉桥动水效应及抗震体系研究

位于高烈度区的深水斜拉桥在地震下不仅会受到强震的作用,还会受到附近水体的作用,结构抗震要求高,选择合理的抗震体系非常重要.以云南格巧高速双河特大桥为工程实例,分析动水作用对斜拉桥地震响应的影响及其与地震强度的关系,在此基础上对斜拉桥的纵、横向抗震体系展开研究并给出合理建议.结果表明,动水作用会增大索塔塔底内力和结构整体位移响应,且对剪力的影响最大;动水对结构各响应的放大作用随地震强度增加呈现出增减不一的变化趋势,抗震设计时应分别考虑各级地震下的动水效应;索塔、辅助墩和桥台处均设置黏滞阻尼器等阻尼约束的纵向协同抗震体系能够最有效减小墩、塔底纵向内力及结构纵向位移,建议作为斜拉桥纵向抗震体系; 斜拉桥横向推荐采用索塔处设置固定约束、墩台处设置钢阻尼器等弹塑性约束的组合约束体系,该体系能同时降低墩、塔底横向内力,并有效控制结构整体横向位移响应.     

抗震规范应用强度折减系数的现状及分析

世界上大多数的抗震规范都采用了基于强度的设计方法,强度折减系数是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,提高强度折减系数的可靠性已经被认为是提高现有抗震规范可靠性的有效途径。本文主要介绍了抗震研究处于世界先进水平的美国(UBC97)、欧洲(EC8)、日本、墨西哥、加拿大、中国等国家抗震规范中强度折减系数取值的有关规定,然后给出了各国学者关于规范规定的强度折减系数的一些重要讨论和分析,最后指出了世界各国应用强度折减系数过程中存在的不足,指出了需进一步研究的问题。     

Probabilistic seismic assessment of multistory precast concrete frames exposed to corrosion

Seismic design of concrete structures is currently based on time-invariant capacity design criteria which do not account for environmental hazards. The significant progressive decay of strength and ductility of concrete structures exposed to damage, in particular due to reinforcing steel corrosion, shows that this approach should be revised to consider the deterioration over time of the seismic performance. This is important also for precast systems, for which most of structural members are often directly exposed to the atmosphere and environmental aggressiveness. This paper presents a probabilistic approach for the lifetime assessment of seismic performance of concrete structures considering the interaction of seismic and environmental hazards. The effectiveness of the proposed approach is shown by its application to multistory precast buildings exposed to corrosion. The results show that structures designed for the same seismic action could have different lifetime seismic performance depending on the environmental exposure. These results emphasize the importance of a life-cycle approach to both seismic assessment of existing buildings and seismic design of new structures, and indicate that capacity design criteria need to be properly revised to consider the severity of the environmental exposure.     

钢结构端板连接抗震设计方法

系统地总结了国内外钢结构端板连接研究成果以及相关设计规范的规定，提出了钢结构端板连接抗震设计具体方法，主要包括：节点标准构造、抗震承载力验算、极限承载力验算、延性设计，为我国钢结构抗震设计规范的相关内容提供了有益补充建议。     

砌体结构在2008汶川大地震中的震害经验

本文首先列举了砌体结构在2008汶川大地震中的典型震害现象,通过这些现象分析了此次地震中砌体结构的震害特点,归纳了其震害规律和教训,总结了必须坚持的抗震原则及对今后砌体结构抗震设计的启示,同时,探讨了几个应该注意的重点抗震问题,提出了进一步加强砌体结构抗震性能的建议。文中指出,砌体结构只要坚持正确的抗震理念,加强构造措施,落实抗震规范的设计要求,保证施工质量,就能达到相应的抗震设防目标。     

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。     

高层钢结构基于均匀损伤设计的整体抗震能力提高方法

本文主要研究如何通过合理设计来提高高层钢结构的整体抗震能力。首先,给出了高层钢结构的非线性计算模型;其次,建立了高层钢结构在强地震动作用下的倒塌失效模式的极限状态判别准则;然后,通过模态pushover分析,研究了高层钢结构在水平地震作用下的损伤规律;最后,重点研究了高层钢结构的整体抗震能力的提高方法,提出了均匀损伤的设计方法,该方法通过消除结构的薄弱层,来达到提高高层钢结构的整体抗震能力的目的。通过对两栋20层的高层钢框架结构进行极限时程分析和极限pushover分析,验证了文中提出的均匀损伤的设计方法的可行性。本文的工作可为高层钢结构的抗地震倒塌设计提供参考依据。     

Direct design method based on seismic capacity redundancy for structures with metal yielding dampers

In this study, a direct static design method for structures with metal yielding dampers is proposed based on a new design target called the seismic capacity redundancy indicator (SCRI). The proposed method is applicable to the design of elastic‐plastic damped structures by considering the influence of damper on different structural performance indicators separately without the need for iteration or nonlinear dynamic analysis. The SCRI—a quantitative measure of the seismic capacity redundancy—is defined as the ratio of the seismic demand required by the target performance limit to the design seismic demand. Changes in the structural SCRI are correlated with the parameters of the supplemental dampers so that the dampers can be directly designed according to a given target SCRI. The proposed method is illustrated through application to a 12‐story reinforced‐concrete frame, and increment dynamic analysis is performed to verify the effectiveness of the proposed method. The seismic intensity corresponding to the target structural performance limit is regarded as a measure of the structural seismic capacity. The required seismic intensity increases after the structure is equipped with the designed metal yielding dampers according to the expected SCRI. It is concluded that the proposed method is easy to implement and feasible for performance‐based design of metal yielding dampers.     

Evaluation of plastic energy dissipation capacity of steel beams suffering ductile fracture under various loading histories

The energy dissipation capacity of a structure is a very important index that indicates the structural performance in energy‐based seismic design. This index depends greatly on the structural components that form the whole system. Owing to the wide use of the strong‐column weak‐beam strength hierarchy where steel beams dissipate the majority of earthquake input energy to the structures, it is necessary to evaluate the energy dissipation capacity of the beams. Under cyclic loadings such as seismic effects, the damage of the beams accumulates. Therefore, loading history is known to be the most pivotal factor influencing the deformation capacity and energy dissipation capacity of the beams. Seismic loadings with significantly different characteristics are applied to structural beams during different types of earthquakes and there is no unique appropriate loading protocol that can represent all types of seismic loadings. This paper focuses on the effects of various loading histories on the deformation capacity and energy dissipation capacity of the beams. Cyclic loading tests of steel beams were performed. In addition, some experimental results from published tests were also collected to form a database. This database was used to evaluate the energy dissipation capacity of steel beams suffering from ductile fracture under various loading histories. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic hazard level reduction for existing buildings considering remaining building lifespans

Seismic hazard levels lower than those for design of new buildings have been permitted for seismic evaluation and retrofit of existing buildings due to the relatively short remaining lifespans. The seismic hazard reduction enables costeffective seismic evaluation and retrofit of existing buildings with limited structural capacity. The current study proposes seismic hazard reduction factors for Korea, one of low to moderate seismicity regions. The seismic hazard reduction factors are based on equal probabilities of non-exceedance within different remaining building lifespans. A validation procedure is proposed to investigate equality of seismic risk in terms of ductility-based limit states using seismic fragility assessment of nonlinear SDOF systems, of which retrofit demands are determined by the displacement coefficient method of ASCE 41-13 for different target remaining building lifespans and corresponding reduced design earthquakes. Validation result shows that the use of seismic hazard reduction factors can be permitted in conjunction with appropriate lower bounds of the remaining building lifespans.     

装配式钢模块柱-柱和梁-梁组合的框架结构及其抗震性能分析

钢模块装配式框架形成模块柱-柱和梁-梁分离的框架结构,模块之间除了节点连接之外、柱-柱和梁-梁没有连接形成结构整体的柱和梁,模块和模块协同工作并提高结构柱、梁和整体承载与抗震能力的性能没有充分利用和发挥,是这类结构仍需研究和发展的重要方面.本文提出了一种外包钢板柱-柱组合和垫板螺栓连接梁-梁组合的结构形式,并进行了设计...     

基于响应面法的连续刚构地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了结构的破坏准则及其极限状态方程,计算了高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度。结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。