基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究

由于承重结构构件分布不均匀,导致高层建筑框架承重构件间的距离不相等。在地震时,这种不规则分布可能引起加速度共振效应,从而导致建筑失稳。为此,以地震动强度、地震动速度峰值、最大层间位移角为参数指标,分析高层建筑的极限状态,提出基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究。以某实际工程为试验对象,运用ABAQUS软件构造高层建筑框架结构三维模型,选取多条地震波以及符合场地条件的地震动记录进行验证,绘制地震易损性曲线。结果表明:在高层建筑框架结构中安装阻尼器,可增强结构中各构件的承载力,改善高层建筑抗震性能;增加钢板厚度可提高结构抗震水平,降低极限状态下框架结构IO、LS与CP的超越概率;提高混凝土强度,可改善框架结构抗倒塌性能。高层结构完成抗震加固后,抗震能力由0.91提升至1.01。由此证明,以增量动力分析得到的结构易损性为基础,对建筑易损性较大的地方进行加固、完善,能够改善高层建筑框架结构地震易损性,减少地震灾害损失。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

体外预应力自复位框架基于性能的抗震设计方法

体外预应力自复位框架通过设置铰接节点弱化结构整体抗侧刚度,减小输入到结构中地震能量,地震作用后利用钢绞线的弹性回复力进行自复位。在已有的理论分析和试验研究基础上,对体外预应力自复位框架结构的抗震设计方法进行了研究。确定了体外预应力自复位框架结构的抗震性能水准、多道防线的布置以及抗震设计流程。以一个三层三跨体外预应力自复位框架为例进行了基于性能的抗震设计,采用有限元程序进行动力时程分析,输入3条地震波模拟结构经历设计烈度地震、罕遇地震的动力响应。分析结果表明:体外预应力自复位框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,验证了基于性能抗震设计方法的有效性,同时表明体外预应力自复位框架结构具有良好的自复位能力和优异的抗震性能。     

近场地震作用下考虑二阶效应的混凝土框架抗震分析

利用钢筋混凝土柱的试验结果,验证OpenSees程序用于钢筋混凝土结构非线性分析的可行性。以此为基础,对钢筋混凝土框架结构在远场地震、近场非脉冲地震与近场脉冲地震作用的性能进行非线性时程分析,研究框架结构在三类地震作用下的反应以及二阶效应对结构反应的影响。针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(IDA)和易损性分析,分别得到结构的IDA曲线、易损性曲线和近场脉冲地震作用下二阶效应对结构抗震性能的影响。分析结果表明,在三类地震作用下,近场脉冲地震导致的二阶效应对结构抗震性能的影响最为显著,结构抗震设计中宜考虑二阶效应的影响。     

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。     

基于单自由度等效线性化模型的RC结构地震易损性分析

通过有限元方法进行非线性动力时程分析获取解析的易损性曲线,计算量大且耗时。本文采用一种简化的计算方法,即基于单自由度的等效线性化模型,对钢筋混凝土框架结构进行地震易损性分析,并研究了该方法在结构高度上的适用性。通过选用5种典型的等效线性化模型对3栋不同高度的钢筋混凝土框架结构进行增量动力分析（IDA）,得到了不同高度的结构在不同强度地震作用下结构的反应和易损性,并与OpenSees程序的计算结果进行对比,研究了等效线性化模型应用于RC框架结构易损性分析在高度上的适用性。分析结果表明:对于10层及以下的框架结构,基于单自由度的等效线性化模型在结构地震易损性分析中具有较好的适用性;对于更高层数的结构,由于高阶振型反应对整体结构反应的影响增大,基于单自由度等效线性化模型的易损性分析结果会出现明显的偏差。     

汶川地区震后钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究

以汶川地震为研究背景,针对震后典型钢筋混凝土框架结构进行地震易损性研究。基于Cornell理论框架结合汶川地质资料,拟合出考虑场地特点的地震危险性模型,同时定义损伤水平状态及限值指标,以概率解析易损性研究方法为基础,运用考虑地震动参数的解析易损性评估方法绘制汶川地区钢筋混凝土框架建筑的地震易损性曲线。研究结果表明:考虑地震动参数的概率解析易损性研究方法是一种有效的地震易损性评估方法;以PGA作为地震强度输入指标的结构反应,随自振周期的增大体系最大响应的相关性降低,结构各个损伤状态的失效概率均随之增大。     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响

为了研究地震作用下斜拉桥拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响,采用桁架单元模拟斜拉索,考虑拉索垂度效应,基于OpenSees平台建立了考虑成桥状态及拉索松弛的全桥有限元模型,输入5条强震记录进行地震反应分析,探究了斜拉索松弛及其对斜拉桥关键部位地震反应的影响规律。结果表明:强震作用下独塔斜拉桥的拉索会产生松弛,但拉索松弛现象仅发生在部分边索中;拉索松弛对最不利受力索的位置和最大索拉力影响可以忽略;拉索松弛可能增大也可能减小结构地震反应,其影响不可忽略且受地震动的频谱影响较大,应引起设计的注意。     

云南漾濞6.4级地震木构架房屋震害调查与分析

地震灾害现场调查是研究结构破坏机理的科学可靠的方法之一。本文通过对云南漾濞6.4级地震中木构架房屋震害现象调查与分析,结合芦山地震中穿斗木结构的震害特征对比研究,给出了木构架房屋的抗震能力介于穿斗木结构与土木结构之间的初步结论,同时指出建造时间是木构架房屋抗震能力评估时需考虑的重要影响因素。针对漾濞县苍山西镇花椒园村背阴坡小组某夯土墙-木构架房屋倒塌的原因进行了分析,得出该房屋存在结构层间刚度不均匀、榫槽处柱截面削弱以及榫卯节点整体性差等抗震薄弱环节,导致在强地面运动的作用下发生了柱榫槽处折断和部分榫头脱落的整体倒塌震害现象。本文基于对倒塌木构架房屋的震害机理研究和抗震薄弱环节识别,可为木结构房屋抗震加固和震后修复提供参考依据。     

考虑残损的古建木结构地震易损性分析

现役古建木结构普遍存在残损现象,这将影响结构的抗震性能。本文以北京故宫的咸福宫西配殿为研究对象,通过简化其屋顶、斗拱、榫卯和柱脚节点建立结构的理想模型,并在此基础上考虑材料老化和节点性能降低等因素建立其残损现状模型。通过地震易损性分析,得到古建木结构的地震易损性曲线并进行理想和残损结构的震害等级及其发生概率对比。研究结果表明:残损现象降低了咸福宫西配殿的刚度和自振频率;相比于理想结构,咸福宫西配殿残损结构在小震作用下发生轻微损坏的概率增大21.1%,在中震作用下发生中等破坏的概率增大3.7%,大震作用下发生严重破坏的概率增大10.6%;咸福宫西配殿在大震作用下发生倒塌的概率很小,体现了木结构具有良好的抗震性能。     

自复位中心支撑钢框架结构抗震性能分析

为了研究自复位中心支撑钢框架（SC-CBF）结构的抗震性能,对一四层SC-CBF结构进行了静力弹塑性分析、低周往复加载分析和动力弹塑性时程分析,并与中心支撑钢框架（CBF）结构进行对比,探究了不同GAP单元刚度和预应力筋截面积对SC-CBF结构自复位性能及抗震性能的影响规律。结果表明:与传统CBF结构相比,SC-CBF结构的抗侧能力强,地震作用下基底剪力小,卸载后的残余变形较小,具有良好的延性性能;在极罕遇地震作用下SC-CBF结构的位移响应大,耗散的能量多,层间位移角大而残余位移小,表现出良好的自复位性能和抗震性能;GAP单元刚度对预应力筋的受力性能影响较为明显,对结构的整体受力性能和延性性能影响较小,但结构的整体受力性能和延性性能受预应力筋截面积影响显著。     

新型钢节点木构架-生土墙结构抗震性能拟静力试验研究

针对我国村镇地区仍广泛存在生土结构房屋,且其结构整体性及抗震性能较差的现状,提出一种可有效提高其抗震性能、具有施工便捷性和装配属性的新型钢节点木构架-生土墙结构形式。进行了新型钢节点木构架-生土墙与农房中常见的素生土墙、上土坯下砖砌体混砌墙、传统榫接木构架-生土墙的拟静力对比试验,比较了4个墙体试件的破坏形态、滞回曲线和骨架曲线特征,以及延性系数、耗能能力、极限层间位移角等抗震性能指标。研究表明:素生土墙和上土坯下砖砌体混砌墙抗震性能较差,木构架的约束作用可有效提升生土墙的抗剪承载力和延性,新型钢节点连接的木构架-生土墙抗震性能优于榫接形式,具备一定的推广应用价值。     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

云南漾濞6.4级地震建筑结构震害特征调查分析

本文整理了云南大理州"5.21"6.4级地震震害调研与科考过程的部分成果。穿斗木架构结构和框架结构是云南大理州在低矮建筑和多高层建筑中广泛应用的两种结构形式。该研究基于震害调查结果,描述了地震过程中穿斗木架构结构和框架结构破坏的宏观现象,总结了两种典型结构的破坏形式,对震害成因进行了探讨。在此次震害调查过程中,科考人员还通过智能手机对结构基频进行了快速评估。在震后,研究人员对智能手机智能测振应用软件进行了更新,结合应用需求加入了测振地点和路线的地图信息,为震害调查与记录提供了便利。基于漾濞县震害科考与调研结果,为云南省穿斗木架构建筑及框架建筑的抗震方法与策略提出了建议,为震后建筑结构快速评价提供了新手段。     

最不利主余震序列型地震动作用下RC框架结构易损性研究

余震的发生会造成结构的累积损伤,不同类型的主余震序列地震动对结构的影响有所差异。鉴于此,以主震卓越周期小于或接近余震卓越周期为基本原则,确定了最不利主余震序列地震动。选择4层RC框架结构为研究对象,在增量动力分析的基础上,定义了4个性能水平,以此来研究该结构的易损性。依据破坏状态概率和震害指数,得到7度多遇、7度设防和7度罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:依据我国规范设计的RC框架结构的4个性能水平的量化指标限值依次为1/495、1/263、1/108和1/45,余震的出现会加剧结构的破坏状态。当以易损性指数作为评价指标时,可认为该结构能够满足小震不坏、中震可修和大震不倒的抗震设防目标。     

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。