基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法

为了实现钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)框架结构地震响应的快速预测，提出了一种基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法，设计低层、多层和小高层共3个典型RC框架结构作为研究对象，以四川雅安地区为目标场地，基于条件均值谱选取地震动记录作为输入并进行弹塑性时程分析，所得样本数据用于训练人工神经网络。以地震动强度信息和结构信息为输入预测结构响应，同时对模型进行参数敏感性分析。结果表明：建立的人工神经网络模型具有较好的泛化性能，平均谱加速度具有最高的平均影响值，提出的方法为快速预测RC框架结构地震响应提供了方法借鉴。     

电涡流阻尼墙减震结构的地震易损性分析

齿轮齿条式电涡流阻尼墙(eddy current damping-rack and gear wall, ECD-RGW)是一种具有明显非线性特征的消能减震装置,为探究其对钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构抗震性能的影响。基于OpenSees软件,建立了一栋5层RC框架结构的有限元模型,并实现了电涡流阻尼墙非线性力学模型的二次开发,并验证了其准确无误,进而对该模型进行非线性时程分析,使用数值方法评估了ECD-RGW减震结构的概率抗震性能。选取ATC-63项目中推荐的22条典型远场地震波,以最大层间位移角作为结构损伤指标,采用增量动力分析方法分别对安装和未安装ECD-RGW的RC框架结构进行了地震易损性分析。研究结果表明：相较于无控结构,安装了ECD-RGW的RC框架结构达到各级破坏状态的超越概率明显降低;ECD-RGW在各级地震作用下均具有优良的减震效果;且提高ECD-RGW的传动比可以进一步提高RC框架结构的抗震性能,降低结构损伤概率。     

基于不同结构损伤模型的RC框架地震易损性研究

针对目前RC框架结构地震易损性分析中整体损伤模型研究的薄弱性以及广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理的现状,本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种较准确反映地震破坏机理同时便于应用的最大变形和滞回耗能非线性组合的双参数损伤模型。以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量2种单参数模型以及牛荻涛模型和本文模型两种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线,并进行了模型的对比分析和检验评估。分析结果表明:仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构的抗倒塌性能,仅以能量作为结构整体损伤指标会低估结构损伤的超越概率。本文模型能较好地平衡最大变形和累积损伤对结构损伤的影响程度。     

两次地震作用下RC框架结构抗震能力分析方法研究

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,给出了一种考虑两次地震作用的结构分析方法。首先采用动力时程分析,得到第一次地震作用下结构的顶点位移,并将其作为目标位移;然后采用静力往复加载方式对结构加载到该目标位移并卸载到零,然后反向加载到结构能力极限(即结构倒塌时的顶点位移),并对反向加载曲线进行坐标变换作为结构经历一次地震后的能力曲线,用此能力曲线对结构进行Pushover分析,得到结构经历两次地震后的损伤状态与抗震能力。利用所提方法对某3层典型RC框架结构进行分析,得到了其在两次地震作用下的抗震能力曲线与损伤状态。结果表明:连续两次地震作用下,RC框架结构损伤累积效应明显,与单次地震作用相比,其损伤水平提高较大,对本文结构来说提高约30%。因此,目前仅考虑单次地震的设计理论与方法是不完备和不安全的,建议在设计时提高结构的抗震设防水平。该文方法、结果与结论可供结构抗震设计、结构抗震分析等工作参考。     

用基于平滑技术的时频分析方法对地震资料去噪的研究

本文提出了一种新的时频分析方法—基于平滑技术的时频分析方法,并给出了该方法的基本原理以及用该方法对地震观测信号进行去噪的具体算法.它以信号的平滑处理为基础,与传统去噪手段相比,具有物理意义清晰且运算简单的优点.实验结果表明,利用该时频分析方法可以极大地提高远距离地震观测信号的信噪比,从而为远距离地震信号的检测提供了有力的工具.     

钢筋混凝土耗能减振结构的地震损伤简化分析方法

本文提出了钢筋混凝土耗能减振结构地震反应和损伤分析的简化方法.首先给出了考虑轴力变化效应的耗能减振结构Pushoverr分析方法,以及结构等价阻尼比ζ的计算公式;其次,结合文献[12]中提出的"三水准"地震损伤性能目标,提出了耗能减振结构基于能力谱法的地震反应、损伤分析与性能设计方法;最后,对一座设置金属屈服型耗能器的四层钢筋混凝土框架结构进行了地震反应和损伤分析.     

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。     

梁铰型屈服RC框架结构地震弹塑性位移增大系数研究

本文通过弹性和弹塑性时程分析,研究了水平地震作用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数3个因素对弹塑性位移增大系数的影响,通过非线性回归分析给出了弹塑性层间位移增大系数经验公式;通过分析滞回耗能沿楼层高度的分布,初步确定了梁铰型屈服RC框架结构的薄弱楼层位置;基于结构损伤分析,讨论了抗震规范中RC框架结构弹塑性层间位移角限值的水准。     

基于能量的主余震作用下RC框架损伤与震后性能评估

地震发生后,震损结构能否承受强余震是震害调查与灾后重建中的重要问题。因此,准确评估主余震造成的结构损伤以及评估主震后震损结构的剩余倒塌能力至关重要。采用基于能量的地震损伤指标对结构损伤进行评估,以能量谱作为工程需求参数,再通过引入震损结构模型对结构在主余震作用下的累积损伤进行评估,建立主余震作用下结构整体损伤评估理论框架。然后,基于I_V损伤指数对主余震下的结构损伤进行量化,得到震损结构的倒塌能力曲线,并确定结构剩余承受强余震的能力。以6层3跨钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为例进行分析,结果表明：地震能量损伤指标法物理意义明确,可以从能量角度快速评价主余震下结构损伤;震损结构的剩余倒塌能力随着主震强度增加而逐渐降低;对于案例结构而言,主震下结构损伤小于0.32时可以认为震损结构是安全的可以承受强余震,介于0.32～0.52之间时,需要对震损结构加固修复,以保障余震安全。     

基于有限元模拟的RC框架结构抗震性能影响因素分析

总结现行的RC框架结构抗震设计、抗震鉴定标准和震害资料,选取了场地条件、规则程度、混凝土强度以及结构层数4个影响框架结构抗震性能的主要因素进行分析;以7度设防的西南地区典型双跨外廊式教学楼为原型,设置8个分析工况,采用基于位移控制的非线性静力（Pushover）分析方法得到各工况在不同烈度罕遇地震下的最大层间位移角（ISDA）,以此为指标对4个框架结构抗震性能影响因素的重要性进行评价分析;最后采用模糊层次分析法,给出了以上影响因素在RC框架结构抗震性能评估中的重要性排序以及初始权重值。     

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。     

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。     

FRC框架结构的损伤程度控制及性能评估

为研究纤维增强混凝土（FRC）框架结构体系预期损伤部位的损伤程度控制和性能评估方法,采用ABAQUS有限元软件对该框架结构模型进行动力时程分析。针对该结构体系,研究其各种性能水准极限状态的定性描述和量化方法,并进行结构抗震性能评估。研究结果显示,预期损伤部位采用FRC材料,可以减小RC框架结构的层间残余侧移角、柱端截面最大转角和柱截面最大残余转角,可以控制整体结构和构件的损伤程度。给出FRC框架结构在不同性能水准下分别以柱截面转角、层间侧移角和层间残余侧移角为性能指标的限值。综合考虑FRC材料的特性和仿真结果的分析,建议选用层间残余侧移角进行性能评估更为合理。考虑8倍板厚翼缘宽度,柱梁抗弯承载力比达到1.2,FRC框架结构在8度设防烈度对应的地震作用下可达到性能等级D。     

CEEMD高分辨率时频分析方法研究与应用

希尔伯特黄变换(HHT)利用经验模态分解将地震信号分解为一系列平稳信号,并通过地震复数道构建瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率,从而更具有物理意义.CEEMD方法是一种新的EMD分解方法,解决了常规EMD方法中的"模态混叠"现象,基于CEEMD的时频分析方法能够为储层提供更加精细的刻画能力.模型数据和实际数据的处理结果表明,基于CEEMD的HHT方法,在时频谱方面比常规时频分析方法具有更高的分辨率,对储层的描述能力更为精确.     

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。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

CFRP布加固损伤RC框架结构Pushover分析

基于前期RC框架及CFRP布加固完好RC框架的水平低周反复荷载试验研究,采用有限元分析软件SAP2000对该试验进行了Pushover分析,结果表明模拟结果与试验值基本相符。以此为基础,通过定义材料的弹性模量来表达RC框架的损伤程度,从而建立CFRP布加固损伤RC框架结构的有限元分析模型,继而对该模型进行了Pushover分析,研究CFRP布加固损伤RC框架结构的抗震性能,验证了所提分析方法的可行性与合理性。     

多层RC框架复合结构体系层间刚度优化设计方法研究

历次震害表明多层RC框架结构广泛出现以柱铰机制为根本原因的层屈服倒塌模式,研究表明采用附加抗侧构件形成复合结构体系能有效提高结构的抗地震倒塌能力。以控制多层RC框架各层层间位移一致,避免薄弱层出现为性能目标,提出了一种简单实用的获得结构各层最优抗侧构件刚度需求的设计方法,即基于静力弹塑性分析的刚度迭代方法。该设计方法能够考虑结构非线性性能的影响,并可自主设定设防目标,符合基于性态的抗震设计思想。最后给出一个抗震设计算例,并对其进行了抗震性能评估。     

RC框架结构地震塑性损伤分析

基于经典塑性模型与连续损伤模型,根据广义应力空间塑性力学确定了塑性变形的演化法则,文中发展了一种地震塑性损伤分析方法。用来进行混凝土框架结构的抗震分析,将塑性损伤的本构关系运用于两端具有塑性铰的梁模型,模拟框架结构的梁柱。同时该方法的损伤指数可以确定结构各单元和整体的地震时性能,确定结构极限荷载,算例表明该方法具有可靠的精度。     

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。