主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa （T₁）_余震/Sa （T₁）_主震较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。     

考虑主余震作用下的核岛厂房结构易损性研究

一次强震常伴随着多次余震作用,且时间间隔较短。研究表明,主震诱发的系列余震会对原有结构造成进一步的累积损伤。核岛厂房结构作为核反应堆的最后一道防线,其在服役期间可能遭受主震和余震的累积作用。参考我国现行规范,定义了四类性能水准(PL)和三种极限状态(LS),以混凝土最大应变作为结构破坏指数(DI),以谱加速度S_a作为地震动强度指标(IM),提出一种考虑主余震序列作用下核岛厂房结构的易损性评估方法。选取PEER数据库地震记录,采用增量动力分析方法,给出了AP1000核岛厂房在420条主余震序列地震作用下的易损性曲线。定量分析了主震强度和主余震谱加速度比对核岛厂房结构易损性的影响。结果表明:核岛厂房的超越概率随着余震强度的增大而增大;余震在主震对结构损伤的基础上会加重核岛厂房的附加损伤;随着主余震谱加速度比从0.5增加到1.0时,核岛厂房结构破坏状态超越概率提高了10%～40%。     

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。     

主余震作用下山地掉层框架结构的易损性分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生,由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生“二次损伤”。山地结构的受力性能与普通结构有显著差别。参考我国现行规范设计了具有代表性的3个不同掉层数与掉跨数的山地掉层框架结构及1个普通平地框架结构,采用增量动力分析方法,以Park-Ang损伤指数作为结构响应参数DM,以PGA作为地震动强度参数IM,给出了掉层结构以及平地结构在主余震作用下的易损性曲线,对比分析了掉层结构与平地结构的易损性,研究了余震对各结构易损性的附加影响。基于抗倒塌储备系数(CMR)评价了结构的抗倒塌能力,比较了各结构的抗震倒塌安全储备。结果表明:余震会提高结构的超越概率,且随着余震强度的提高,超越概率越大;掉层结构的超越概率更高,且掉层数与掉跨数对结构地震易损性的影响较大;与平地结构相比,山地掉层结构抗倒塌储备系数较小,抗倒塌安全储备较低。对于掉层结构,掉跨数与掉层数的增加均会降低结构的抗倒塌安全储备,且掉层数对CMR的影响更大。     

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性; 其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值; 最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应; 随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势; 当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小; 当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。     

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。     

不同底部层高的RC框架结构地震易损性分析

为研究不同底部层高的钢筋混凝土框架结构的易损性,应用SAP2000软件,采用动力增量分析法分别对设防烈度为7度和8度区6个不同底部层高的框架结构在地震作用下进行了非线性时程分析,得到了地震易损性曲线和结构在极限状态下的地震动强度指标,经回归拟合得到了不同设防烈度区的结构的失效概率公式和结构倒塌储备系数(CMR).研究表...     

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。     

考虑主余震作用的近海桥墩时变地震易损性分析

基于OpenSEES平台,以某近海刚构桥桥墩为例,选取符合场地类型的地震波,并根据地震记录构造主余震序列。运用"能力需求比"分析方法建立不同服役时间节点桥墩控制截面在不同损伤状态条件下的地震易损性曲线,研究氯离子侵蚀和主余震序列对桥墩抗震性能的影响。结果表明:同一损伤状态的超越概率随着服役时间延长和PGA增大而不断变大,且随着损伤状态等级提高,超越概率逐渐降低。轻微损伤状态下,主余震序列对桥墩易损性影响较小;中等损伤、严重破坏和完全倒塌状态下,同一服役期,考虑主余震序列作用下桥墩的超越概率相比于仅考虑主震作用明显增大。     

基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析

基于“强柱弱梁”的屈服机制,依据能量平衡方法设计了某6层RC框架结构,采用震级-震中距条带地震动记录选取方法,选取12条随机地震动,利用Perform-3D有限元分析软件对结构进行增量动力（IDA）分析,得到了结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线以及结构破坏概率矩阵。分析结果表明:该方法设计的结构能够形成预设的“强柱弱梁”屈服机制,可以保证结构中梁充分参与耗能,同时结构具有较强的抗倒塌能力,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能要求。     

主余震作用下高强钢筋混凝土框架的易损性分析

为研究主余震作用下配置高强钢筋的RC框架结构的抗震性能,根据相同设计指标和"等强代换"的原则,设计了三榀六层四跨的钢筋混凝土框架,纵向受力钢筋的强度等级分别为HRB400、HRB500和HRB600。通过OpenSees平台进行有限元建模,将最大层间位移角作为结构损伤指标,反应地震作用的结构响应。选取15条地震加速度时程,通过重复法构造人工主余震序列并进行IDA分析,得到结构在不同强度的主余震序列作用下的地震易损性曲线。结果表明:主震PGA越大,余震的最大层间位移角越大,结构达到各极限状态的概率越高。对比配置不同钢筋强度的三榀框架的计算结果,可知"等强代换"原则下,相同主余震序列作用时,钢筋强度的提高对结构抗倒塌性能有不利影响,但影响有限。     

基于位移的RC框架结构与附加消能减震装置一体化设计

消能减震结构中主体结构和附加消能减震装置通常是单独设计的,由于主体结构和附加消能减震装置之间的耦合特性,为实现期望的性能目标需要进行迭代计算。本文提出一种基于位移的主体结构与附加消能减震装置一体化设计方法,首先,基于所选地震动记录和预期性能目标,得出结构阻尼比需求曲面;其次,推导了阻尼器-支撑部件参数计算公式,在已知主体结构基本信息及预期性能目标时,根据阻尼比需求曲面及所提出公式即可获得所需附加消能减震装置的支撑刚度及粘滞系数;再次,引入无量纲成本指数,以成本指数最小为目标函数,在可实现目标性能的附加消能减震装置参数中识别最优设计参数;最后,基于所提出的设计方法,分别以等效SDOF体系、MDOF体系及SAP2000设计的6层RC框架结构为例,对所提出的设计方法的有效性进行了验证,结果表明:经一体化设计的结构体系均可实现性能目标。     

地震强度指标选择对长周期钢结构余震IDA分析的影响

结构在主震作用下发生损伤,由于刚度和强度退化导致结构周期的延长,再加上高阶周期的影响,在随后的余震对主震损伤结构抗震性能的影响分析中,基于弹性周期的传统谱加速度可能不适用,有必要对地震动强度指标的选择进行进一步研究。本文以9层Benchmark钢框架为研究对象,选取10种地震动强度指标,分别从离散性和相关性两个维度对比分析了其在余震IDA分析中的优劣性。研究结果表明:与最大层间位移角相比,最大残余层间位移角更能够准确地量化主震对结构造成的损伤;对于钢框架结构,基于一段周期的几何平均谱加速度的IM_Boj&Lev指标是最优的地震动强度指标,相对于S_a（T₁）离散性降低了30%左右,相关性提高了6%左右。     

嵩岳寺塔地震响应及最不利受力状态分析

采用数值模拟方法对嵩岳寺塔在多遇、设防和罕遇地震作用下的地震响应及最不利受力状态进行了分析,为后续结构安全动态监测提供了基础数据。分析结果表明:质量和刚度关于中轴面呈对称分布,塔身结构整体性较好。地震作用下,结构呈现一阶弯曲变形,没有表现出明显的鞭梢效应。1层塔身的变形最为严重,是结构的薄弱环节。罕遇地震作用下,上部塔身开始进入弹塑性状态,其他情况下仍处于弹性状态。结构承压性能较好,但门洞顶部的水平抗拉承载力存在一定不足,7层以下塔身外侧的竖向抗拉承载力存在一定不足,12层以下塔身中轴面附近的抗剪承载力存在一定不足,且门洞顶部受剪最严重。     

Evaluation of collapse resistance of RC frame structures for Chinese schools in seismic design categories B and C

According to the Code for Seismic Design of Buildings (GB50011-2001), ten typical reinforced concrete (RC) frame structures, used as school classroom buildings, are designed with different seismic fortification intensities (SFIs) (SFI=6 to 8.5) and different seismic design categories (SDCs) (SDC=B and C). The collapse resistance of the frames with SDC=B and C in terms of collapse fragility curves are quantitatively evaluated and compared via incremental dynamic analysis (IDA). The results show that the coll...     

RC框架结构地震易损性分析方法研究进展

21世纪我国经济急速发展,人口也急剧增长,这也使得地震对人类生命和财产安全造成的威胁更大,结构抗震研究需求日益增加。地震易损性分析技术对于结构破坏和损失预测都有着非同一般的应用价值,因此受到了国内外土木工程抗震界的广泛关注和研究。首先介绍了地震易损性分析的基本概念,具体地论述了用于地震易损性分析的三种方法,同时总结出此三种方法各自的优缺点;其次以RC框架结构为例论述了国内外地震易损性分析领域的研究发展,从上个世纪90年代开始进行了系统的梳理和分析。说明了地震易损性分析在研究过程中由于不确定性的存在而导致对分析结果准确度的影响;最后指出要想得到更接近于真实的易损性分析结果,还需考量易损性分析中的不确定参数,揭示了地震易损性分析研究领域所面临的挑战。