考虑结构构件退化特性评估大震下RC框架抗整体性倒塌能力

基于大震和特大震下倒塌率目标的抗震分析与设计是结构抗震领域的主要发展方向,而大震及特大震作用下结构抗整体性倒塌能力的准确评估是其中的关键科学问题。首先对国内外结构抗整体性倒塌能力的研究工作进行了总结,重点介绍了多种微观和宏观本构模型特性及大震作用下考虑结构构件退化特性对抗整体性倒塌能力的影响。在此基础上,详细阐述了通过增量动力分析获得结构抗倒塌能力易损性曲线及确定结构抗倒塌能力极限状态的方法。最后以一个RC单层单跨平面框架结构分析模型为例,利用OpenSees分析软件,研究了钢筋后期强度退化对结构抗整体性倒塌能力评估结果的影响,结果表明不考虑钢筋后期强度退化会明显高估结构的抗倒塌能力。     

按现行规范设计的Ⅷ度区RC框架结构的倒塌性能评估

选取按照现行规范设计的既有建筑进行有限元建模,考虑地震动的不确定性对其进行大量增量动力分析(IDA),得到模型的IDA曲线簇。在此基础上对其进行地震需求概率分析和概率抗震能力分析,拟合得到结构的易损性曲线,据此对结构的倒塌概率进行定量评估,并比较基于非线性分析与性能评估软件PERFORM-3D的纤维模型和塑性铰模型的分析结果。结果表明:按照我国现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架结构,在预期的罕遇地震作用下倒塌概率较小,可满足"大震不倒"的要求;基于PERFORM-3D的截面纤维模型所得的RC框架结构,经非线性分析所得的倒塌概率相对保守,安全储备更高。     

基于构件拆除法的RC框架结构动力反应和抗倒塌能力分析

目前,地震及爆炸荷载下的结构连续倒塌问题已成为土木工程领域研究的热点。本文首先简要介绍了国内外有关连续倒塌问题的研究现状和规范制定情况,然后基于OpenSees模拟平台,对一钢筋混凝土框架结构进行了拆除柱构件的动力分析。计算结果表明:拆除边柱比拆除内柱对结构的倒塌危险性要大,楼板对拆除构件后结构的动力反应有一定的减小作用。依据美国公共事务管理局(GSA)的倒塌规范,采用静力非线性分析和竖向增量动力分析对结构抗连续倒塌能力进行了研究。分析结果表明:楼板在一定程度上可提高结构抗连续倒塌能力;动力放大系数(DAF)随结构进入塑性而逐渐增大;由静力非线性分析曲线得到的结构抗连续倒塌能力曲线与竖向增量动力分析曲线吻合较好。     

C F RP加固震损钢筋混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力分析

首先介绍了CFRP加固受损钢筋混凝土柱的数值模拟方法,通过OpenSees软件进行了建模分析,数值模拟结果与试验结果的对比验证了该数值模型的有效性;其次,对一6层钢筋混凝土框架以受极罕遇地震影响进行预损,采用损伤指数和折减系数的方法建立震损钢筋混凝土框架的分析模型,并选择5种不同的CFRP加固方案对其进行加固;最后,对CFRP加固的震损RC框架进行增量动力分析。定量的评价了CFRP加固震损RC框架的抗整体性倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明:CFRP加固能有效提高震损钢筋混凝土框架结构的抗震性能。加固部位的选择对加固效果的影响很大,在所选用的5种CFRP加固方案中,对底层及第2层的梁柱进行加固的方案对提高震损钢筋混凝土框架的抗整体性倒塌能力效果最佳。     

钢筋混凝土建筑结构的抗地震破坏倒塌能力评估研究

在地震作用下钢筋混凝土建筑结构出现破坏倒塌为地震灾害中的关键,有效评估建筑结构抗地震破坏倒塌能力是建筑结构设计的前提,也是当前建筑结构提高抗震性能与加固的依据。提出变形指标极值、失效判断标准以及钢筋混凝土建筑结构倒塌极限状态判断标准,据此获取倒塌储备系数、倒塌易损性、结构整体超强系数、结构整体延性系数等评估标准。采用Pushover分析法选择相应地震波。依据梁柱线刚比对建筑结构抗倒塌能力的影响,以及柱端弯矩增加系数对建筑结构抗地震破坏倒塌能力的影响,对建筑结构易损性进行分析。结果表明:等跨建筑结构抗地震破坏倒塌能力更强;建筑结构底层是薄弱层,COF值越高,结构越容易倒塌。     

学校多层RC框架结构地震倒塌机理研究

多层钢筋混凝土(RC)框架结构广泛用于学校、医院和办公建筑中,近年发生的多次破坏性地震中,大量RC框架结构发生粉碎性倒塌,造成大量人员伤亡。而位于同一场地的一般多层砖混结构反而不倒塌。这显示出工程界对RC框架倒塌机理的认识尚不深刻,抗震设计的结果与期望值还有很大差距。本文选取汶川地震中位于极震区的两栋典型结构作为研究对象,代表一般学校多层RC框架的漩口中学教学楼发生倒塌,而北川盐务局职工宿舍楼结构则由于底层框架柱增设适量翼墙而未倒。本文通过地震模拟振动台试验对两者的抗震性能进行了深入研究,剖析前者的倒塌机理,探讨翼墙-框架结构体系的地震响应特点。主要结果有:(1)依据国内外多次地震震害资料,总结了多层RC框架结构震害特点,重点对汶川地震极震区的两个具体结构的构造特点和实际震害进行描述。(2)通过振动台试验,研究了漩口中学结构模型地震响应规律、宏观破坏模式。依据各关键测点的实测数据和倒塌过程,分析了触发倒塌的主要原因。指出局部设置的半高填充墙显著增大了刚度,降低了延性,是倒塌的关键因素。(3)因框架柱增设适量翼墙,北川盐务局职工宿舍历经强震而不倒。对翼墙框架结构体系的概念和抗震机制进行介绍,基于翼墙框架结构和纯框架结构的pushover分析,对比研究了其抗震性能、损伤和屈服模式。(4)为研究翼墙加固RC框架体系在强烈地震作用下的抗震性能和加固效果,完成了一个缩尺比为1:4的翼墙-框架结构模型振动台试验,定量分析了结构在设防小震、中震、大震以及更高强度地震动作用下的受力特征、动力反应和损伤机制。并对试验模型与未加翼墙的纯框架数值模型进行了动力有限元分析,对比得到二者抗震性能的差异。通过以上研究证明,通过翼墙加固多层RC框架结构可以大幅提高多层RC框架的抗震性能,且经济实用、布置方便,可作为抗倒塌措施应用推广。     

基于推覆分析的RC框架地震倒塌易损性预测

基于倒塌率的结构倒塌易损性分析是目前评价结构抗倒塌能力最合理的方法.但是,目前基于增量动力分析(IDA)的倒塌率分析方法,工作量和实施难度大,很难直接用于工程设计,因此有必要研究便于工程应用的新方法.本文基于18个典型多层RC框架结构的IDA倒塌率分析和静力推覆分析,发现RC框架在大震下的倒塌率及抗倒塌安全储备(CMR)与静力推覆得到的结构位移安全储备之间存在较好的相关关系.依据此关系,建议了保证大震倒塌率的推覆位移安全储备,并通过9个RC框架结构算例进行了验证.本文方法简单易行,可供规则多层RC框架结构抗倒塌设计参考.     

长持时地震作用下多层框架结构的抗倒塌性能评估

依据"等效频谱"的原则筛选出86组频谱匹配的长持时和短持时强震记录,建立了考虑结构强度刚度退化和P-Δ效应的精细化结构模型。通过IDA分析和易损性分析,系统评估了长持时和短持时地震作用下框架结构的平均抗倒塌能力。结果表明:在地震振幅和频谱接近的条件下,传统选择的短持时地震记录会明显高估结构的抗倒塌能力;同时持时不仅对结构的累计损伤有影响,而且对结构的峰值变形(如最大层间位移角)也会产生不可忽略的影响。     

公共建筑结构的抗地震倒塌能力优化评估分析

以往基于模态增量动力方法对公共建筑进行抗地震倒塌能力评估时是单纯地从总体角度进行考察的,其得到的结果较为粗糙,无法准确反映出公共建筑的抗地震倒塌能力,导致其经济效益较差。提出新的公共建筑结构抗地震倒塌能力优化评估方法以分析公共建筑整体的抗地震倒塌能力,总结出其与子结构以及构件三者间的关系,进而研究构件的损毁情况,以实现对建筑抗地震倒塌能力的整体评估。基于公共建筑的倒塌破坏区间,采用其结构抗震倒塌能力评估方法,对公共建筑结构的抗地震倒塌能力实施优化评估分析,得到其具体破坏指数,实现对其进行准确评估。实验结果说明,所提方法可准确描述公共建筑结构的抗地震倒塌能力,提高建筑结构抗地震倒塌能力和经济效益。     

设计因素对RC框架结构地震易损性的影响

考虑到结构抵抗地震作用的机制为结构和地震动的不确定性与非线性相互耦合的过程,采用增量动力分析(IDA)考虑地震动的不确定性,选取16条地震动记录,基于OpenSEES的有限元建模理论对13榀平面RC框架结构进行基于IDA方法的地震易损性分析,分别讨论轴压比、高宽比、混凝土强度以及纵筋强度等结构参数对RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:柱轴压比对结构抗震性能的影响显著,而高宽比对结构抗震性能的影响不明显;在保证柱轴压比相近的前提下,提高柱混凝土强度能够提升结构的抗震性能;相同地震作用下梁柱配置纵筋强度较高的框架结构达到立即使用(IO)状态和生命安全(LS)状态的概率较配置纵筋强度较低的大,配置纵筋强度较高的框架结构较配置纵筋强度较低的表现出更好的抗倒塌能力。     

近场地震作用下多层RC框架的地震易损性分析

随着对近场地震动研究上的深入,将地震近场效应影响纳入到结构的抗震设计的考虑范畴,已成为工程中的必须。为此,文中对近场脉冲地震作用下的多层RC框架结构的抗震问题进行了研究。首先参考我国抗震规范设计出设防烈度为8度、水平地震影响系数最大值α_max增大系数分别取1、1.25、1.5、1.75的四榀多层RC框架结构办公楼,并在OpenSees软件中,对4榀框架在近场水平脉冲地震下的抗震性能,进行了基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析与评价。分析结果表明:按照我国现规范、不考虑地震动近场效应设计出来的多层RC框架结构,在近场地震下的抗倒塌性能存在明显的不足;随着地震影响系数最大值增大系数的加大,框架结构的抗震性能有明显的提高,在设防烈度8度区,规范中规定的地震动影响系数最大值的增大系数偏小,将增大系数调整至1.75时所设计框架,能更好地抵御地震动近场脉冲效应;另外,在震中距分别为5～10 km和0～5 km的近场地震作用下,多层RC框架结构的抗震性能无明显的区别,因而,地震影响系数最大值的取值,不必按震中距5～10 km和0～5 km进行区分。     

抗倒塌柱顶部分滑移钢筋混凝土框架结构的初步研究

从抗倒塌角度出发,提出了柱顶部分滑移钢筋混凝土框架结构的设想。通过对比该框架结构和常规框架结构的设计过程,并分别进行pushover分析,初步比较了二者的经济性以及弹塑性地震响应。研究结果表明:(1)通过滑移释放部分框架柱的柱顶内力,可以在造价略微增加的情况下,使结构具有更好的抗倒塌能力。(2)结构总层数较少时,柱顶部分滑移框架结构的造价增加比例相对更小。     

不同设防标准RC框架结构基于易损性分析的抗震性能评估

借助非线性动力时程分析,对严格按照规范Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度设计的5个三跨6层钢筋混凝土框架结构开展易损性分析,建立了基于峰值加速度的易损性曲线。从易损性的角度对不同设防标准RC框架结构的抗震性能做了定量评价,并探讨了设防标准对RC框架结构易损性的影响。分析表明,对应于设防小震、中震及大震水平的峰值加速度,结构“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的失效概率均在18%以内,可认为结构满足三水准的性态控制目标。随着结构设防标准的提高,其易损性随之降低,相同峰值加速度对应的各个破坏状态的超越概率均有所降低。此外,将框架结构的设防烈度提高1度,其“大震不倒”的失效概率会明显减小。而将框架结构的设防烈度降低1度,其“大震不倒”的失效概率会显著增加,最高可达4倍。     

汶川地震中某RC框架结构的震害分析与模拟

2008年5月12日,四川省汶川县发生里氏8.0级地震,造成了巨大的人员伤亡以及工程结构震害。本文基于江油市某RC框架结构的震害调查,分析了该框架结果出现底层"薄弱层"和"强梁弱柱"的破坏机制的主要原因。采用该框架结构附近三个台站的主震加速度记录作为输入开展了非线性地震反应分析。研究表明,填充墙的竖向不均匀布置改变了框架的抗侧刚度分布,造成底层薄弱层的破坏现象。底层柱子的轴压比相对较大,塑性变形能力及耗能能力相对较差,使得底层柱的变形量更容易达到其塑性变形极限而发生破坏。由于现浇楼板对梁刚度和抗弯承载力的增强,框架结构很难出现规范中"强柱弱梁"的破坏机制。结构基本周期对应的加速度反应谱值是决定结构地震反应的主要参数,基本周期加速度反应谱值的增加会导致结构塑性铰的迅速发展,造成结构出现柱铰机构而整体失稳倒塌。建议设计框架结构时,尽量避免填充墙的不均匀布置。适当增加底层柱的截面面积和配筋率,降低轴压比以保证良好的延性。梁端负向抗弯承载力计算时采用T型截面,并考虑一定范围内楼板配筋的影响。     

考虑结构地震损伤影响的能力谱分析方法

现有能力谱分析方法未考虑结构地震作用下产生的累计损伤影响。本文提出了一种以现；有的能力谱分析方法为基础，通过损伤延性增大系数，引入对结构损伤影响考虑的方法。并通过一幢20层框架结构顶点变形能力的能力谱分析结果与动力弹塑性分析结果的对比，说明了该改进方法的有效性。     

不同柱梁抗弯承载力比对框架结构抗倒塌性能的影响

设计不同柱梁抗弯承载力比(ηc-bua)的5个纤维增强混凝土(FRC)框架结构及3个钢筋混凝土(RC)框架结构,利用性能评估软件Perform-3D进行Pushover及IDA计算分析,得出其破坏机制及易损性曲线。结果表明,柱、梁端部局部采用FRC后,承载力有一定提高,峰值位移有较大提高;ηc-bua对FRC框架结构的破坏机制影响很大;ηc-bua对FRC框架结构地震反应也有一定的影响,其比值越大,超越概率越小,且随期望破坏程度的加重,这种影响也趋于明显,当ηc-bua在1.2以上时,结构的倒塌概率均小于10%,满足大震不倒的概率要求。     

基于IDA方法的加固震损RC框架结构地震易损性分析

基于Perform-3D软件,采用碳纤维加固和粘钢加固方法对震损后的混凝土框架进行加固。分别以3、6、9层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析方法,对震损RC框架结构的地震易损性进行研究并分析其加固效果。结果表明:(1)随着高度和PGA的增加,3、6、9层震损后的碳纤维和粘钢加固结构IDA曲线簇的整体收敛性均较好;(2)总体上粘钢加固可以提高结构对地震动随机性的收敛性,但随着结构高度的增加,对于地震动随机收敛性的增益效果逐渐减弱,该加固方法对3层高度的震损低层框架结构加固效果明显;(3)碳纤维加固对于结构层间位移角的控制能力较粘钢加固更强,对于6层高度的震损中层框架结构,可以更大程度地提高其对罕遇地震的抵抗能力;(4)对适用于9层高度的震损高层框架结构,可根据实际情况选择两种加固方法中的任何一种,均可以取得较好的加固效果。     

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。     

半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析。结果表明在地震作用下梁柱连接节点半刚性的存在在一定程度上增加结构的侧移,但同时使结构的内力有所降低。