基于纤维模型的钢筋混凝土结构动力弹塑性分析

采用纤维单元模型和实体单元模型对一个钢筋混凝土柱进行了动力弹塑性分析,结果表明,截面纤维模型能以很小的计算成本达到实体单元模型的计算精度,并且和试验结果拟合较好。同时,对一个3层钢筋混凝土框架结构进行的动力弹塑性分析表明,纤维单元模型能很好地解决各种非线性问题,适合于强震作用下结构整体动力弹塑性分析。     

中高层钢筋混凝土异形柱框架结构试验与理论研究

对-1/6比例12层大开间钢筋混凝土异形柱框架结构模型进行了振动台试验，探讨结构的地震反应和破坏形态，采用杆模型编制了钢筋混凝土异形柱框架结构的弹塑性时程分析程序，经比较，计算结果与试验值吻合较好，探讨了肢长肢厚比对该体系结构性能的影响，并提出了相应的设计建议。     

中高层钢筋混凝土异形柱框架结构弹塑性时程分析

用杆模型编制了钢筋混凝土异形柱框架结构的弹塑性时程分析程序FEANT。采用该程序对一中高层大开间钢筋混凝土异形柱框架结构振动台试验模型进行了计算分析，计算值与试验值吻合较好，能满足工程需要。     

自控框架与普通框架结构的振动台模型对比试验研究

本文介绍了自控框架与普通框架结构振动台模型的对比试验。试验模型为两个4层单跨钢丝水泥砂浆框架结构,模型几何尺寸缩比为1/8,浇制住同一个基础台座上。试验测定和计算分析了钢筋混凝土框架结构在弹性、开裂、破坏各个阶段的动力特性、地震反应和破坏形态。结果表明:自控框架结构比普通框架结构具有较好的抗震性能。     

框架结构剪切刚度的实用计算方法

以6、8、12层平面钢筋混凝土框架结构作为算例模型,首先介绍了从层间水平总位移中减掉弯曲位移以得到剪切位移、并利用此位移来确定真实剪切刚度的计算方法;其次,提出了利用D值法理论刚度调整值和本文推导的刚度比与层数比的拟合曲线,来确定真实剪切弹性刚度实用值的方法和恢复力模型相关参数的方法。最后通过一个10层结构的例子进行了地震反应弹塑性时程分析,验证了真实剪切刚度实用计算方法的合理性和恢复力模型相关参数的可靠性。结果表明,所提的框架结构剪切弹性刚度实用值计算方法和各层恢复力模型参数的确定方法简单易懂,精度高,在确定剪切刚度环节中,可以替代繁琐复杂的推覆分析。     

弹塑性位移谱法的振动台模型试验验证

弹塑性位移谱法求解结构在指定强度地面运动作用下的位移需求是一种简便合理的方法。本文将弹塑性位移谱法就具体地震波计算的楼层位移需求、层间位移角需求与一比例为1／10的12层钢筋混凝土模型框架振动台试验结果作了比较。设计的12层钢筋混凝土模型框架结构在振动台上经历了7种强度等级地震波的作用,输入峰值加速度依次为：0．090g、0．258g、0．388g、0．517g、0．646g、0．775g和0．904g。求出了弹塑性位移谱法计算的楼层位移和层问位移角需求与振动台试验结果的比值,研究了二者比值的均值及方差沿楼层的分布情况。结果表明：弹塑性位移谱法的计算结果与振动台得到的位移需求值吻合较好,在基于性能的抗震设计中具有较好的应用前景。     

基于等屈服强度系数的振动台试验动力相似关系研究

为了解既有框架结构的抗震性能,对既有钢筋混凝土框架结构缩尺模型振动台试验的动力相似关系进行了研究,提出了基于等屈服强度系数准则的动力相似关系设计方法,可再现结构地震作用下破坏模式。设计了某五层老旧钢筋混凝土框架结构1/5缩尺模型,进行振动台模拟地震试验。采用有限元对原型结构建模进行数值分析,无论在小震弹性试验阶段还是大震弹塑性试验阶段,数值模拟结果与试验实测结果均基本吻合,验证了本文提出的等屈服强度系数准则的构件层次配筋设计方法的可靠性,可为既有框架结构的缩尺模型设计提供参考。     

钢筋混凝土框架砖填充墙结构抗震性能的研究

本文介绍了一个１／３比例框架填充墙结构模型模拟地震振动台试验，研究了结构动力特性与反应特征，提出了钢筋混凝土框架砖填充墙结构层间刚度与抗力的简化估计方法和公式，同时进行了多层框架填充墙结构的弹塑性动力反应分析并结合试验模型将计算结果与试验结果进行比较。     

耗以支撑钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

本文通过普通钢筋混凝土框架、耗能支撑钢筋混凝土框架结构１／８比例模型的地震模拟震动台对比试验,研究两类框架结构在地震作用下的破坏形态和动力特征,揭示了耗能支撑钢筋混凝土框架结构良好的抗震性能;以试验模型进行了弹塑性时程分析,理论分析和试验结果符合较好;结合场州电厂二期主厂房框架结构,研究了其纵向框架结构采用耗能支撑体系时结构的抗震性能,为该类结构形式的工程应用提供依据。     

基于静力弹塑性分析方法的RC框架结构抗震性能评估

介绍了静力弹塑性分析方法。结合我国抗震设计的三水准设计目标及两阶段的设计方法,应用SAP2000及YJK软件对一钢筋混凝土框架结构在多遇地震下的受力情况进行了计算;应用SAP2000对结构进行了静力弹塑性分析,计算了其在罕遇地震作用下的层间位移角,并将其与结构的破坏状态进行了对比。计算结果表明该框架结构满足我国抗震规范小震不坏、大震不倒的设计要求。     

钢筋沥青隔震层振动台试验及其在不同高度砌体结构电力用房中的地震响应分析

为弥补试验的不足,对试验室里难以实现的情况进行研究,如大比例甚至足尺模型的动力试验,利用大型有限元软件MSC.MARC对钢筋-沥青复合隔震层建立了非线性有限元模型。利用钢筋非线性子程序UBEAM和非线性弹簧子程序USPRNG,分别模拟了钢筋和砖墩-上梁之间相互作用关系的非线性情况,引入了沥青油膏的温度影响系数。为验证该模型,在钢筋沥青隔震层试件振动台试验的基础上,对振动台试验中各试件的模态进行了计算、对各工况进行了三维有限元时程分析,并将分析结果与试验结果对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的准确性和合理性。最后利用该模型,建立了不同高度的砌体结构有限元模型,设计并建立了相应的墙下条形隔震层模型,对钢筋沥青复合隔震层在不同高度的砌体结构中的动力性能和隔震效果进行了数值模拟,并对计算结果进行了归纳和分析,得出了一系列有用的结论。     

A study on the seismic performance of steel‐reinforced concrete frame‐concrete core wall high‐rise mixed structure by large‐scale shaking table tests and numerical simulations

This paper reports a study for the seismic performance of one large‐scaled (1/15) model of 30‐story steel‐reinforced concrete frame‐concrete core wall mixed structure. The study was implemented by both shaking table tests, in which the similarity ratio for lateral and gravitational accelerations was kept to 1:1, and numerical nonlinear dynamic analysis. The test observations presented herein include story displacement, interstory drift, natural vibration periods, and final failure mode. The numerical analysis was performed to simulate the shaking table test procedure, and the numerically obtained responses were verified by the test results. On the basis of the numerical results, the progressions of structural stiffness, base shear, and overturning moment were investigated, and the distributions of base shear and overturning moment between frame and core wall were also discussed. The test demonstrates the seismic performance of the steel‐reinforced concrete frame‐core wall mixed structure and reveals the potential overturning failure mode for high rise structures. The nonlinear analysis results indicate that the peripheral frames could take more shear forces after core wall damaged under severe earthquakes. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Analysis of shaking table-structure interaction effects during seismic simulation tests

An analytical model is developed to evaluate performance characteristics of unidirectional seismic simulators (shaking tables). The validity of the model is verified with experimental measurements of the frequency response of the shaking table at the Catholic University of Peru. Interaction effects between shaking table and structure are first studied by analysing the response of a two DOF (degree of freedom) oscillator with mechanical properties representative of the actuator-table-structure system. A single DOF viscoelastic oscillator representing the structural test specimen is then included in the analytical model of the seismic simulator, and the behaviour of the combined system is evaluated, in the frequency domain, in terms of response stability and accuracy of reproduction of the command signal. Numerical simulations of system response under different load conditions are subsequently performed in order to study the influence of shaking table and test structure characteristics on the interaction phenomenon. The results obtained explain some of the performance degradation observed in seismic simulation tests involving very heavy structures and provide guidelines for the design of more reliable shaking table systems.     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑动力相似关系试验研究

模型试验的动力相似理论是结构抗震试验技术中的一个基础性研究课题。本文设计实现了1/10、1/20和1/30三个不同比例的钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台模型试验。通过对三个模型试验结果的对比研究,对钢-混凝土混合结构高层建筑的动力相似关系进行了初步探讨。试验结果表明,按照本文的动力模型的设计施工及试验要求进行的不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台试验,在自振频率、振型、加速度放大系数、楼层最大位移、楼层剪力等动力特性和动力反应方面具有较好的相似性。试验结果一方面说明对这三个模型采用的动力相似关系和制作方法是合理的,另一方面也说明了对钢-混凝土混合结构房屋采用较小的1/30比例进行振动台试验是可行的。     

Collapse of a nonductile concrete frame: Evaluation of analytical models

The current paper presents nonlinear dynamic analyses that simulate shaking table tests performed on a four‐column reinforced concrete frame described in a companion paper. The frame consists of two ductile and two nonductile columns interconnected by a stiff beam. In order to validate existing analytical models for nonductile concrete columns, a blind comparison of the test data and results of the analysis is performed. The analysis adequately captures the drift response and correctly detects collapse of the structure; however, strength degradation due to cover spalling is exaggerated in the analytical model. Refinement of the analysis by changing the concrete cover model results in an excellent agreement between the test data and analysis results at the initiation of shear failure and collapse of the frame. The experimental data are further compared with lumped‐plasticity nonlinear models used in engineering practice. The results suggest that the sudden strength degradation used in ASCE/SEI 41‐06 results in an exaggerated estimate of the displacement demands. It is also observed that ignoring the strength degradation, using an elastic‐perfectly‐plastic model, provides a good estimate of the displacement demands when strength degradation is not severe. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

结构-地基相互作用体系的动力相似关系研究

模型试验的动力相似理论是结构试验技术中的一个重要的基础性研究课题。本文设计实现了缩比为1／20和1／10的结构－地基相互作用体系的振动台模型试验，通过对两个模型的试验结果的对比研究。对结构－地基相互作用体系的动力相似关系进行了初步探讨。按照本文的动力模型的设计施工及试验原则进行的模型体系的振动台试验，在结构－地基动力相互作用体系的主要特征和规律方面有较好的相似性。在激励较小阶段和激励较大阶段，两个缩尺模型在动力特性、加速度反应时程以及上部结构的应变反应等方面具有较好的相似关系；但在试验的中间阶段，两者存在明显的差异，影响两个缩尺模型在试验中间阶段的相似性的主要原因是土体在模拟地震激励下的非线性发展程度的差异。     

立面开大洞复杂高层结构的整体抗震性能评价

本文针对某平面不规则、立面开大洞、带高位转换层的超限复杂高层结构,首先建立了整体模型结构的非线性计算模型,根据振动台试验结果选择了材料非线性参数,进行了弹塑性时程分析,并对模型结构及参数进行了验证。用验证过的模型和参数对原型结构进行了弹塑性时程分析,并对该结构作出整体抗震性能评价。通过本文分析表明,按照试验微粒混凝土材性试验数据,考虑附加质量建立的计算模型,能较好地捕捉到整体结构初始时的频率、振型等动力特性;选择现有的软件确定构件的本构关系,将其输入通用程序进行弹塑性时程分析,能够获得结构的非线性动力反应;通过模型乃至原型结构的弹塑性时程分析,可以对该立面开大洞复杂结构整体抗震性能作出合理评价。     

Earthquake response analyses of a full‐scale five‐story steel frame equipped with two types of dampers

The seismic performance tests of a full‐scale five‐story passively controlled steel building were conducted on the E‐Defense shaking table in Japan in March 2009. Before the tests, a blind prediction contest was held to allow researchers and practitioners from all over the world to construct analytical models and predict the dynamic responses of the steel frame specimen equipped with buckling‐restrained braces (BRBs) or viscous dampers (VDs). This paper presents the details of two refined prediction models made and results obtained before the tests. When the proposed analytical modeling techniques are adopted as in the two refined prediction models, the overall prediction accuracy is about 90%. Sensitivity studies conducted after the tests are also presented in this paper. The effects of varying each modeling feature on the response simulation accuracy have been investigated. The analytical results suggest that considering concrete full‐composite actions for beam members could improve prediction accuracy by about 20% against using the simplified bare steel beam model. Adopting refined BRB stiffness computed from incorporating finite‐element gusset stiffness only improves the overall prediction accuracy by 0.9%. Considering the BRB dynamic loading test results for analytical BRB strength reduces the error by 1.9%. For the VD frame, incorporating the brace and VD stiffness could improve the overall prediction accuracy by about 15%. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

土-桩-钢结构-TLD系统振动台模型试验研究

通过系列振动台模型试验,研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响。文中首先提出试验模型设计中应考虑的几个主要问题及解决方法,然后介绍土-桩基础-钢结构-TLD相互作用体系的试验成果,分析TLD的减震效果,最后与刚性地基上钢结构TLD减震试验结果相比较,揭示土-结构相互作用对TLD减震效率的影响特点。试验结果表明:土-结构相互作用使得TLD减震效率降低,这一削减作用受到输入地震动的频谱特性和强度的影响。因此,对于建在土层场地上的结构进行TLD减震设计时,应充分重视工程场地条件和地震动特性等实际情况。