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。     

考虑锈蚀的钢框架柱地震损伤模型研究

为准确评估锈蚀钢框架在地震作用下的损伤,对已有的地震损伤模型进行改进,并对框架柱的地震损伤特性进行分析。建立基于变形和能量组合的双参数损伤模型,对损伤模型中相应的参数给出具体定义和表达式,定义不同破坏等级的损伤指数范围。对3个具有不同锈蚀率的空间钢框架结构进行弹塑性时程分析,并对损伤模型的准确性进行验证。研究结果表明,该模型能够较好地描述锈蚀钢框架柱的地震损伤程度。研究结果可为该类结构构件的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。     

钢筋混凝土框架结构地震损伤的识别与试验分析

通过单层及多层钢筋混凝土框架模型的地震损伤模拟试验，揭示了钢筋混凝土结构地震损伤与动力特性变化的关系；概据损伤力学方法，建立了利用可识别参数的地震损伤模型；提出了结构损伤状态参数的识别方法和以上此为基础估计结构地震损伤的方法，从而为钢筋混凝土框架结构的震后损伤识别和修得加固提供了理论依据。     

基于能量分析的地震损伤性能评估

结合能量分析法和文献[1]提出的钢筋混凝土框架结构“三水准”地震损伤性能目标,采用改进的双参数线性组合地震损伤模型,本文提出了基于能量分析的地震损伤性能评估方法;通过算例说明了本文提出的抗震性能评估方法不仅能够准确地分析结构在大震作用下的地震损伤性能,而且思路简洁、计算方便、可用于结构抗震性能评估;另外,本文提出的地震损伤模型具有较强的灵活性,可适用于不同钢筋混凝土构件和结构的抗震性能评估。     

基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明：振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。     

基于不同损伤模型的RC框架结构抗震能力对比分析

在对建筑结构进行地震损伤评估时,使用不同的构件损伤模型和结构损伤指数加权方法计算得到的结构整体损伤指数各不相同。为便于学者们快速合理地选择模型和方法来准确评估RC框架结构地震损伤程度,本文使用OpenSees对9个RC框架结构进行增量动力分析(IDA),对比了6个构件损伤模型和3种结构损伤指数加权方法的差异性,改进了杜修力加权方法,并分析了结构层数和设防烈度对结构抗震性能的影响。结果表明:(1)Chung加权方法、欧进萍加权方法和本文的改进杜修力加权方法适用于层损伤指数由低楼层向高楼层递减的RC框架结构,杜修力加权方法会放大此类结构地震损伤程度;(2)基于变形或能量的单参数模型对结构地震损伤评估不准确,基于变形和能量的双参数模型能较准确地反映位移首次超越破坏和能量累积损伤破坏的统一性,Park-Ang模型和牛荻涛模型对结构地震损伤的评估较为合理;(3)轴压比不变时,结构层数增加会降低结构抗震性能,在各自设防烈度对应的小震、中震和大震下,其相对抗震能力从高到低依次为7度、9度和8度设防结构。     

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。     

基于弹塑性损伤单元的RC框架结构的全过程分析

基于损伤力学和塑性理论建立了一种弹塑性损伤单元模型,并编制了基于此单元的RC平面框架非线性分析程序DAMAGE2D。算例表明,弹塑性损伤单元对RC框架非线性分析具有良好的精度。文中根据计算结果对RC框架结构进行了不同损伤阶段的划分。研究成果可用于基于pushover方法的结构抗震分析。     

钢筋混凝土平面框架结构拟动力有限元分析

采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应.在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的...     

基于ABAQUS高层剪力墙结构的有限元建模及其振动台试验验证

采用ABAQUS建立12层剪力墙结构的有限元模型,利用该结构1/5缩尺模型振动台试验时预留试块的材性试验结果及相似关系,确定相应原型结构材料的性能参数,将试验参数和我国混凝土结构设计规范给出的混凝土单轴受拉/压应力-应变关系曲线相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的应力-应变参数;将试验参数和张劲公式法相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的损伤因子参数。对比有限元分析结果和振动台试验结果,验证参数设置的有效性。ABAQUS有限元分析和振动台试验所得原型结构前三阶振型和自振周期相差很小,说明ABAQUS模型和参数设置能够反映并用于计算实际结构的弹性响应。ABAQUS有限元分析得到的结构损伤情况与试验模型的损伤情况基本一致;结构的顶点加速度曲线和滞回曲线等响应的有限元分析结果与试验结果在多遇地震作用下基本吻合,但由于振动台试验累积损伤的影响,两者的差异随着地震波幅值的增大而逐渐增大;ABAQUS有限元分析得到的位移包络曲线与剪力墙结构弯曲变形的特点相符。以上弹塑性分析结果进一步表明了ABAQUS模型和参数设置能够很好地模拟结构在地震作用下的响应。     

Structural damage detection using empirical-mode decomposition and vector autoregressive moving average model

A method based on empirical-mode decomposition (EMD) and vector autoregressive moving average (VARMA) model is proposed for structural damage detection. The basic idea of the method is that the structural damages can be identified as the abrupt changes in energy distribution of structural responses at high frequencies. Using the time-varying VARMA model to represent the intrinsic mode functions (IMFs) obtained from the EMD of vibration signal, we define a damage index according to the VARMA coefficients. In the two examples given, the Imperial County Services Building and the Van Nuys hotel are used as the benchmark structures to verify the effectiveness and sensitivity of the damage index in real environments with the presence of actual noise. The analysis results show that the damage index can indicate the occurrence and relative severity of structural damages at multiple locations in an efficient manner. The damage index can also be potentially used for structural health monitoring, since it is based on the time-varying VARMA coefficients. Finally, some recommendations for future research are provided.     

群体建筑物地震破坏概率模型研究

提出了一种通过构建具有普适性的概率模型对群体建筑物进行震害预测的方法。该方法基于已有的群体建筑物易损性矩阵,通过概率分析和数据拟合,进行构建建筑群的破坏概率模型,并通过计算建筑物易损性指数的均值和方差来确定其具体参数。分析表明,该概率模型对群体建筑物震害预测具有一定的可行性和普遍的适用性。     

遗址建筑结构在不同地震作用下安全性能分析

以往通过专家经验判断遗址公园建筑结构地震安全性时存在一定误差,可信性低,因此提出新的遗址公园建筑结构的地震安全性鉴定方法。构建材料本构模型,判断遗址公园建筑结构损伤情况;使用局部损伤指数评价模型,计算遗址公园建筑结构局部损伤指数;通过局部损伤指数获取遗址公园建筑整体结构损伤指数,以此为依据判断遗址公园建筑结构地震安全性。以古罗马遗址公园建筑结构为例,进行地震安全性分析。结果显示,当地震波幅值达到800 gal时,该遗址公园建筑结构地震安全性最差,损坏程度为高度损坏,且此方法的分析结果精度极高,可信性强。     

钢筋混凝土耗能支撑框架结构的震害预测

首先介绍了一种新的震害预测方法——基于模糊概率的震害预测模型。在分析了钢筋混凝土框架结构抗震性能以及摩擦耗能支撑框架结构在地震作用下力学性能的基础上，提出用结构层间屈服强度系数、层间剪切位移角和地震损伤指数这三个指标作为其主要震害影响评价因子。同时，利用所提出的预测方法，建立了钢筋混凝土耗能支撑框架结构房屋的震害预测模型。     

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。     

Residual structural capacity evaluation of steel moment‐resisting frames with dynamic‐strain‐based model updating method

This paper presents a method for evaluating the residual structural capacity of earthquake‐affected steel structures. The method first quantifies the damage severity of a beam by computing the dynamic‐strain‐based damage index. Next, the model used to analyze the structure is updated based on the damage index, to reflect the observed damage conditions. The residual structural capacity is then estimated in terms of changes in stiffness and strength, which can be applied by structural engineers, via a nonlinear static analysis of the updated model. The main contributions of this paper are in performance evaluation of the dynamic‐strain‐based damage index for seismically induced damage using a newly developed substructure testing environment, consideration of various damage patterns in composite beams, and extension of a local damage evaluation technique to a residual capacity estimation procedure by incorporating the model‐updating technique. In laboratory testing, the specimens were damaged quasi‐statically, and vibration tests were conducted as the damage proceeded. First, a bare steel beam–column connection was tested, and then a similar one with a floor slab was used for a more realistic case. The estimated residual structural capacities for these specimens were compared with the static test results. The results verified that the proposed method can provide fine estimates of the stiffness and strength deteriorations within 10% for the specimen without the floor slab and within 30% for that with the floor slab. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

装配式钢混组合结构加固时抗震性能模糊综合评估模型研究

参数化的装配式钢混组合结构建筑信息模型缺少结构信息描述,无法实现装配式钢混组合结构图档的修正和自主更新,对结构构件的损伤评估效果差,抗震加固性能差。据此提出用于装配式钢混组合结构抗震加固的建筑信息模型,模型框架包括建筑设计模型、结构设计模型、结构抗震加固设计和损伤评估;通过结构构件的实体定义、属性定义和关联性定义,全面描述柱、梁、板和墙等钢混组合结构构件的抗震加固性能信息;采用模糊加固评估方法获取精准的结构构建综合损伤指数,评估结构构件的加固等级,提高抗震加固性能。经实验证明,所设计模型得到的结构损伤指数与实际损伤指数的误差低于0.03,说明该模型分析装配式钢混组合结构抗震加固性能准确性较高。     

基于小波能量分布向量的结构损伤识别

利用小波变换时-频局部化性能,提出了基于小波能量分布向量的结构损伤识别方法。首先建立无损结构响应信号小波能量分布的总体向量;其次,将实测动力响应信号分解为小波包组分,计算其小波能量分布向量(样本向量);通过样本向量和总体向量之间的马氏距离识别损伤。该方法仅利用单测点结构响应数据进行损伤识别,实验方便,计算简单,并通过钢梁试验对损伤识别方法进行了试验验证,识别结果表明小波能量分布向量是一个比较好的结构损伤指标。     

建筑物震害预测模糊震害指数法

建筑物震害预测是城市防震减灾的基础工作之一。本文在分析现有震害预测方法的基础上，提出了一种新的震害预测方法－模糊震害指数法。模糊震害指数法以现有震害预测资料为基础，采用模糊数学方法实现。本文详细阐述了模糊震害指数法的理论模型，推导了其数学公式，最后给出了实例分析。     

钢筋混凝土结构的屈服位移Chopra能力谱损伤分析与性能设计

本文提出了应用地震损伤指数评定结构抗震性能要求的方法。首先，建立了抗力谱曲线和结构损伤指数的关系，得到了反映不同设防水准损伤目标的结构地震务容许延性系数；其次，应用屈服位移Chopra能力谱法确定地震损伤延性系数；然后，提出了应用结构地震损伤延性系数和容许延性系数之间的关系来评定结构抗震性能的方法；最后，通过算例说明了本文方法实施的步骤。