基于构件损伤的某超限剪力墙结构抗震性能评估

采用大型有限元软件ABAQUS对某超限剪力墙结构进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析.提出了对应不同性能要求评定构件损伤的损伤指标,从结构整体地震响应与主要受力构件的损伤破坏层面上,对该超限剪力墙结构开展抗震性能评估.结果表明:在不同罕遇地震动作用下,结构各楼层最大层间位移角为1/154,小于规范限值,结构整体变形满足预期的性能目标;根据构件破坏状态评估可知,强震下结构部分剪力墙,连梁和框架梁发生了轻微损伤破坏,达到了预期制定的构件性能目标.     

基于破坏模式的改进剪力墙双参数损伤模型

由于单一的性能指标难以对复杂高层剪力墙结构进行全面的抗震性能评估,通过引入考虑结构首次超越破坏和累积损伤破坏的双参数损伤模型,借助构件或结构的侧移、能量等性能参数评估结构的损伤状态,但现有的剪力墙双参数损伤模型缺乏考虑剪力墙不同破坏模式对损伤模型计算的影响,不同破坏模式试件侧移与累积滞回耗能差异近1倍,采用同样参数计算易导致低估剪压破坏类型试件的损伤状态,以至于错误判断结构抗震性能.为了弥补现有损伤模型评估不足,结合32个剪力墙试验试件,分析不同破坏模式剪力墙试件极限位移与滞回耗能对损伤计算的影响,提出改进的剪力墙双参数损伤模型,使之适用于评估不同破坏模式剪力墙试件的损伤状态,同时以剪力墙裂缝控制、承载力变化和层间侧移为性能指标,建立剪力墙试件损坏程度、破坏现象与损伤指数的对应关系,提出改进的剪力墙性能水准划分标准,完善剪力墙损伤评估体系.最后通过低周反复试验试件验证了改进损伤模型的合理性.结果表明,本文提出的损伤模型计算曲线与试件实际损伤曲线吻合良好,能合理评估构件不同阶段的损坏程度,为进一步研究地震作用下剪力墙的损伤评估以及完善剪力墙性能化设计提供借鉴和参考.     

基于构件变形的框支剪力墙结构抗震性能评估

提出一套框支剪力墙结构抗震的安全性评估原则,用于评估按照中国现行规范设计的一系列框支剪力墙结构模型.通过罕遇地震作用下弹塑性时程分析,获取结构及构件的变形和内力,采用基于变形指标的性能评估方法来评估结构各构件在大震下的破坏情况,分析结构的整体安全性及各构件的性能分布情况.结果表明:框支剪力墙结构的薄弱层位于转换层以上一层,而薄弱层的框支剪力墙容易发生剪切破坏;用现行规范大震下薄弱层层间弹塑性位移角无法准确评估框支剪力墙结构的性能.     

RC框架结构基于构件损伤的抗震性能评估研究

首先根据钢筋混凝土柱的拟静力试验结果,探讨王东升的修正Park-Ang模型的适用性;然后基于构件层次的结构损伤指标为地震需求参数,对钢筋混凝土框架结构进行了基于IDA的易损性分析,并结合基于最大层间位移角的分析结果,探讨了结构基于损伤的抗震性能评估方法的可行性.结果表明:王东升提出的修正Park-Ang模型考虑了加载路径的影响,能较准确地反映首次超越破坏后累积损伤的发展过程,且总体上判别试件损伤状态的准确性相对较高;基于损伤的IDA能较好地反映整体结构及局部的损伤发展过程、结构的失效破坏机制,能准确地判别结构的薄弱环节,但结构损伤指标会产生超出1.0的情况,不能很好地体现损伤指标原始定义的基本含义;相较结构基于最大层间位移角的抗震性能评估结果,基于结构损伤的抗震性能评估方法综合考虑了结构的响应与自身的能力,更全面地评估了结构的性能水准,能预测结构在不同地震强度下各性能状态的失效概率.     

超限型钢混凝土框支剪力墙结构抗震性能评估

通过对普通与带粘滞阻尼器的型钢混凝土框支剪力墙结构进行动力时程分析与静力弹塑性分析,获得结构地震需求曲线和抗震能力曲线,开展抗震性能评估并检验是否达到预期的性能目标;此外,分析了塑性铰的分布与发展,揭示出型钢混凝土框支剪力墙结构的破坏机制.结果表明:粘滞阻尼器有效地降低了型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,在不同强度地震作用下结构峰值位移和最大层间位移角最大减幅分别为35%和38%,带粘滞阻尼器型钢混凝土框支剪力墙结构的地震需求降幅介于14%～54%之间;型钢混凝土框支剪力墙结构最终形成以梁铰为主的破坏机制,结构破坏时大部分转换构件与剪力墙仍处于弱非线性状态,原结构设计达到"中震作用下框支层与避难层处转换构件与剪力墙仍处于弹性范围"的抗震性能目标.     

地震作用下RC框架结构损伤演化过程分析

为明确RC框架结构的抗地震倒塌破坏机理,控制其失效路径,基于课题组完成的1榀1/3比例的3层三跨RC平面框架低周循环加载试验,通过量化构件、楼层及结构3个层次的损伤破坏程度,研究了不同层次损伤破坏之间的相互联系以及不同类型构件损伤程度对结构整体抗震性能的影响。研究结果表明:结构发生倒塌破坏时,底层构件损伤程度普遍大于上部构件,第1～3层梁、柱端的损伤指数平均值分别为0.95、0.86、0.74和0.97、0.62、0.15,地震作用下结构的累积损伤是自下而上发展的;框架梁作为耗能构件,一般先于框架柱出现损伤,且损伤程度较大,沿楼层分布比较均匀,结构最终倒塌时第1层框架梁的损伤指数分别比第2、3层增加约8.89%和21.06%,框架柱的损伤破坏沿楼层分布相对集中,主要分布于结构底层,最终倒塌时第1层框架柱的损伤指数分别比第2、3层提高约26.56%和62.93%;结构在加载位移幅值较小时,主要依靠水平耗能构件消耗地震能量,随着位移幅值及循环次数的增加,竖向承力构件逐渐取代水平构件的耗能作用,框架梁、柱的整体损伤发展曲线分别呈上凸和上凹趋势;从结构能量耗储能力角度提出的整体损伤模型更符合结构抗震的本质,未知参数少,且计算结果能够较为准确地反映结构在不同性能水平下的损伤状态。     

基于性能的平面不规则结构地震易损性分析

针对平面不规则框剪结构,提出基于性能的结构整体地震易损性分析方法。基于性能分析静力弹塑性,根据结构极限损伤状态定义平面不规则框剪结构层间位移角和层间扭转角的4个性能水平限值。通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应。根据超越概率的定义,分别计算层间位移角和层间扭转角极限状态下超越概率。结合地震峰值加速度及超越概率对一平面不规则框剪结构进行基于性能的地震易损性分析,绘制结构的易损性曲线,比较2个指标的易损性曲线,评估结构的抗震性能。研究结果表明:对平面不规则结构进行易损性分析时,应考虑扭转响应对结构的影响,防止高估这类结构的抗震性能。     

基于累积塑性应变的结构多维易损性分析

将拟力法的概念运用于能量平衡方程而提出累积塑性应变,其表示为塑性耗散能需求与耗能能力之比.塑性耗散能反映了结构在地震作用下的损伤累积效应,作为构件层次损伤指标的累积塑性应变也考虑了损伤累积效应.建立基于最大层间位移角的易损性曲线,假定一系列累积塑性应变阈值,通过易损性曲线吻合度确定与全局性能水准相对应的局部损伤状态,即累积塑性应变阈值.以累积塑性应变和峰值层加速度响应作为结构构件和非结构构件的工程需求参数,在多维易损性理论框架下建立二维性能极限状态方程和概率地震需求模型,进行易损性分析,并分别讨论加速度阈值、工程需求参数和性能极限状态相关性对易损性的影响.     

酸性大气环境下RC剪力墙构件地震易损性分析

基于OpenSees平台中的SFI-MVLEM单元，考虑酸性大气环境对约束和非约束区混凝土与钢筋的力学性能、界面间黏结滑移效应和剪力墙抗剪机制等的影响，提出腐蚀RC剪力墙数值模拟方法．考虑主要设计参数与材料强度的变异性和腐蚀程度的不确定性，结合蒙特卡罗抽样与所提数值模拟方法建立了不同服役期下RC剪力墙分析模型并进行了拟静力模拟试验，捕捉了构件不同破坏状态下的层间位移角数据．基于最大似然估计方法对层间位移角数据进行了3种概率分布的参数估计，基于K-S和Lilliefors假设检验选取了威布尔分布作为层间位移角的最优概率分布并获得相应统计参数，建立了不同服役期下RC剪力墙的地震易损性模型．研究成果可为酸性大气环境下的RC结构灾害损失预测和抗震韧性评估提供理论支撑．     

半装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验

为综合评价现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了2榀1∶2的2层2跨混凝土框架-剪力墙结构模型试件,并对其进行了低周反复荷载试验.对比研究了这2榀试件的破坏机制、破坏过程、滞回性能、位移延性和耗能能力等抗震特性.试验结果表明,半装配试件与现浇试件具有相近的开裂位移、裂缝开展形态、破坏模式、耗能能力和侧向承载能力,但半装配试件的延性略低,在不同承载状态下的水平荷载也略低.现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的整体性较好,在地震中具有可靠的抗倒塌能力.     

工字形截面叠合板式剪力墙损伤分析

随着基于性能抗震设计理论的逐渐发展,利用损伤指标研究结构倒塌破坏越来越受到关注.文章对2个采用不同水平配箍率的工字形截面叠合板式剪力墙试件进行了低周反复加载试验,分析了各构件的破坏形态、延性、刚度、耗能等,计算了各构件分别采用基于刚度的损伤指标和基于位移及耗能的损伤指标,并与试验现象进行了对比.分析结果表明,基于位移及耗能的修正的Park-Ang模型能较好地反映试件在各破坏阶段的损伤程度;而基于刚度的Roufaiel模型计算简便,可用于其他模型的辅助评估.     

基于变形及滞回耗能的RC框剪结构地震损伤评估

为了研究RC框剪结构在地震作用下的损伤程度,通过引入基于结构广义刚度的构件重要性指标,提出考虑构件重要程度的地震损伤评估方法.首先,利用Perform-3D对RC框剪结构进行弹塑性时程分析,得到RC框剪结构的耗能分布模式.在此基础上,以地震变形、滞回耗能为基本参数,采用双参数构件损伤模型得到构件的损伤指数,利用基于构件重要性指标的楼层损伤模型得到楼层的损伤指数.最后,结合不同地震峰值加速度下结构的损伤指数、结构损伤程度与损伤指数范围的关系,评估结构在不同地震峰值加速度下的损伤程度.计算结果表明,考虑构件重要程度的地震损伤评估法,可以同时体现构件损伤程度与构件重要程度对楼层损伤的影响,可用于RC框剪结构的损伤评估.     

采用剪力墙体外加固的中小学校舍框架结构抗震性能分析

采用外加剪力墙的体外加固方法,对一个不满足抗震要求的4层中小学框架结构校舍进行加固.通过对不同加固方案的加固结构进行弹性和弹塑性地震反应分析,研究地震作用下不同加固方案对结构的抗震性能影响.数值分析结果表明:外加剪力墙可使原结构各榀框架所受的地震剪力有较大幅度的降低,剪力墙越宽,降幅越大;可使各楼层层间位移角趋于均匀,...     

预制混凝土剪力墙结构振动台试验研究

为了研究预制混凝土剪力墙(PCSW)结构的抗震性能,在实验室中建成两个1/4缩尺模型,分别为PCSW结构模型和现浇混凝土剪力墙(CCSW)结构模型.首先介绍了新型装配式剪力墙水平接缝连接技术,然后利用振动台试验对比研究了PCSW结构和CCSW结构动力性能和地震响应.试验结果表明:新型装配式剪力墙水平接缝连接可靠,能够满足罕遇地震下的连接要求.在地震波加载过程中,PCSW结构具有与CCSW结构相似的破坏过程和破坏形态.随着地震波加速度峰值的不断加大,结构损伤的不断累积,PCSW结构和CCSW结构的频率均呈下降趋势,阻尼比均呈增大趋势;顶点的绝对加速度包络值、剪重比、层间位移包络值呈非线性增大趋势.PCSW结构和CCSW结构具有相近的加速度分布、层间位移分布、层间剪力分布、剪重比分布.     

非规则钢结构体系的地震反应分析

针对不规则钢结构,采用SAP2000软件分别建立钢框架结构和框剪结构两种模型,根据结构特点对两个结构分别进行多遇地震下的弹性模态分析、结构反应谱分析以及结构线性时程分析,利用反应谱理论对响应结果进行数值模拟分析。经数据比较两模型的层间位移及层间位移角,再根据所得数据评估、对比两种结构的抗震性能。结果表明:剪力墙结构的布置能减小结构的自振周期、结构层间位移角,增加结构自身抗侧移能力,最终达到有效降低地震作用对结构体系破坏的目的。     

外剪力墙-内框架混凝土结构的振动台试验研究

为了研究外剪力墙-内框架混凝土结构这一新型结构体系的抗震性能，基于原型设计了1/7比例的16层模型，选取了LANDERS波、SFERN波和一组人工波进行了振动台试验．分析了结构的破坏现象、动力特性、加速度反应、位移响应及应变反应，根据层间位移角并结合试验现象综合评估了其抗震性能．结果显示：在7度频遇地震和7度基本地震作用下结构表面未观察到裂缝，基本频率下降不超过2%；在7度罕遇地震作用下，模型刚度线性退化，仅第2层顶部转角墙连梁端部出现竖向微裂缝，层间位移小于规范规定的弹塑性限值，结构受到轻微破坏；在8度罕遇地震作用下，裂缝进一步发展，最大层间位移角达到1/72，结构破坏程度加剧；在8度半罕遇地震作用下，3层连梁端部彻底开裂、剪力墙底部水平贯穿，结构受损严重但未倒塌．结构下部Y方向的抗侧刚度不足，若适当加强底部，则结构的整体抗震性能可进一步提高．综合来看，外剪力墙-内框架结构体系能够满足我国现行抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求．剪力墙刚度远大于内部框架柱，所以地震作用主要由外部剪力墙承担，内部框架柱在试验结束后仍保持完好，说明该结构体系能够在满足我国现行抗震规范基...     

框架-剪力墙结构剪力墙中断的可行性模拟分析

通过设置剪力墙高度为模拟变量,运用NosaCAD软件对按照规范配筋的框架-剪力墙结构分别进行了罕遇地震与多遇地震作用下的结构模拟分析。假设罕遇地震下层间位移角的要求,与多遇地震下一致作为剪力墙中断是否可行的判断依据。基于中断剪力墙结构与全高结构的层间位移角对比分析,发现在ELCENTRO波作用下罕遇地震时,剪力墙只做到第五层时结构层间位移角超出依据,当只做到四层时出现多遇与罕遇地震下层间位移角同时超限,验证了假设的合理性,同时表明剪力墙中断的可行性。12层的框架-剪力墙结构可以在顶部适当的楼层对剪力墙进行中断到第6层。     

某门诊住院楼消能减震加固设计与抗震性能分析

对于某工业厂房改造为医院门诊住院楼项目,文章采用基于消能减震技术的抗震加固方案进行分析设计,结合项目情况确定加固方案,在合理位置布置适当数量的黏滞阻尼器,采用ETABS有限元软件建立减震前后分析模型;分别在多遇地震下进行反应谱分析、弹性时程分析,对比减震前后模型层间剪力和层间位移角变化,并采用能量法计算附加阻尼比;提出在罕遇地震下预期抗震性能目标,通过动力弹塑性时程分析,对比层间位移角变化,并对建筑物进行性能评价。研究结果表明：与原结构相比,减震结构地震响应明显降低,塑性变形和损伤破坏满足抗震目标要求,黏滞阻尼器起到良好的耗能作用,减震设计效果显著。     

超高层装配式正交斜放空间钢网格盒式筒中筒混合结构在不同场地特征周期下的地震响应

采用振型分解反应谱法分析了在不同场地特征周期下传统装配型钢密柱与混凝土核心筒组成的筒中筒混合结构和新型装配式正交斜放空间钢网格盒式筒中筒混合结构的地震响应,包括层剪力,层间位移和层间位移角。分析表明,新型盒式筒中筒结构与传统混合筒中筒结构在不同场地特征周期下地震响应具有相似的变化规律,因此可以借鉴传统混筒中筒混合结构的地震响应规律来评价新型盒式筒中筒混合结构的抗震性能。     

基础隔震结构整体非线性动力响应分析研究

为研究隔震结构在地震作用下的非线性响应规律,对某高层隔震剪力墙结构,分别考虑上部结构为弹性与弹塑性,进行中震和罕遇地震作用下的动力时程分析研究,同时分析整体弹塑性模型中保持楼板弹性假定对结构响应的影响.分析表明,考虑整体弹塑性作用的隔震结构减震系数减小,罕遇地震下层间位移角增大,顶点位移时程滞后于仅考虑支座非线性作用的分析结果,隔震层位移减小,支座滞回曲线面积减小,同时剪力墙和楼板实际均出现了不同程度的弹塑性损伤.弹塑性楼板模型的层间剪力和位移角均大于弹性楼板假定模型的,顶点位移时程则滞后于弹性楼板模型的顶点位移时程,幅值变化不大.