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。     

设置半高连续填充墙的RC框架结构地震倒塌振动台试验

为研究填充墙对RC框架结构抗震性能的影响,以2008年汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为研究对象,制作了缩尺比为1∶4的模型并实施振动台试验.将汶川地震中卧龙台获得的地震波作为激励输入,获得了不同地震峰值加速度下结构的加速度响应、位移响应以及各柱端的应变响应,探讨了填充墙对结构抗侧刚度的影响,分析了结构在双向地震作用下的扭转效应,比较了约束条件不同的框架柱在相同时刻柱端应变的大小,展示了结构倒塌过程中各构件的破坏形态.研究表明,填充墙的开洞形式对结构刚度有显著影响;由于横向满砌填充墙的约束作用,即便在双向地震作用下,偏心结构也未产生明显的扭转效应;不同于传统"层屈服机制"的破坏模式,非对称设置的半高连续填充墙会导致地震剪力在各框架柱上分配不均,各构件呈现"次第失效"的破坏过程,这种倒塌机理概括为"凝震聚力,个个击破",即受半高连续填充墙约束的柱,其自由高度小,抗侧刚度大,分配到的地震剪力多,会率先在柱端形成塑性铰后因承重失效而使结构整体倒塌.     

基于RC框架结构的失效倒塌模式

目前我国存在大量已建非延性钢筋混凝土(RC)框架结构,文章针对这类RC结构在遭受外力作用时的破坏模式进行研究分析。采用拟静力分析方法研究以五层RC框架结构为代表的多层RC结构的失效倒塌模式。研究结果表明基于已有的试验数据采用Open Sees有限元建模验证了针对RC框架结构数值模拟的正确性;表明了RC结构首先在结构底层柱下端塑性铰区出现损伤破坏,且同一楼层边柱塑性铰区较中柱损伤严重,逐渐向顶层塑性铰区发展最终使整体框架结构整体发生破坏直至失效倒塌。     

不同特性地震下加固后典型校舍抗倒塌与可恢复性能对比分析

中小学校是人员聚集场所,其校舍既是保障震时师生生命安全的重要载体,也是灾后重要的应急避难场所,地震作用下校舍抗倒塌性能和可恢复性对提升城镇抗震防灾能力有着重要意义。本文针对典型校舍的双跨钢筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）框架结构,根据结构安全鉴定结果,开展基于外包角钢法和黏贴碳纤维布法的加固设计。随后,建立结构有限元模型,选取具有不同特性的地震动记录,开展加固前后多遇和罕遇地震作用下的结构地震响应分析。最后,基于倒塌概率和残余层间位移角指标,对比了不同特性地震作用下,加固前后双跨RC框架结构的抗倒塌和可恢复性能。结果表明：双跨RC框架结构具有较好的抗震性能,加固后薄弱层层间位移角在多遇和罕遇地震作用下分别降低21.89%和39.40%;近场地震的长周期和速度脉冲等特性对双跨RC框架抗倒塌和可恢复性能有较大影响,近场有脉冲和近场无脉冲地震作用下1.0g时的倒塌概率分别为远场地震作用下的4.45倍和2.92倍,相应的罕遇地震作用下薄弱层残余层间位移角比值分别为3.14和1.16;加固后倒塌概率和薄弱层残余层间位移角分别平均降低25.34%和54.87%。     

型钢混凝土柱框架-核心筒结构抗震性能研究

为了研究型钢混凝土柱框架-核心筒结构体系的抗震性能,建立了钢筋混凝土柱框架-核心筒结构模型以及两种型钢混凝土柱框架-核心筒结构模型,对三个模型进行了模态分析、多遇地震下的反应谱分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析.结果表明,采用型钢混凝土柱的结构,结构的自振周期、侧向位移更小;罕遇地震下,型钢筋混凝土柱框架-核心筒结构减缓了框架柱的屈服破坏进程,减轻了框架部分柱的屈服破坏程度,地震承载能力更强、抗震性能更好.     

钢筋混凝土框架结构地震失效模式的搜索与改善

为了改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,利用OpenSees软件建立了一个十层三跨的钢筋混凝土框架纤维模型.首先,对比分析了现浇楼板效应对结构抗震性能的影响.结果表明,现浇楼板的存在可增大柱的转动,减小梁的转动,削弱设计时强柱弱梁的效果,从而改变了梁与柱达到屈服状态和极限状态的先后顺序.然后,根据结构失效准则,利用Pushover方法搜索出结构地震失效模式.最后,采用3种不同的改善方案对结构进行重新设计,通过加强局部构件来改善结构地震失效模式.研究分析表明,改善结构的不同部位能提高结构的弹塑性刚度和延性,改变地震失效模式,提高抗震性能.结构地震失效模式的搜索与改善能有效揭示建筑结构地震弹塑性发展和破坏倒塌规律,为建立结构整体抗震能力分析理论提供依据.     

爆炸荷载作用下钢框架结构的连续性倒塌分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序研究爆炸荷载作用下钢框架结构的连续性倒塌机理,主要针对三层两跨钢框架结构进行分析,总结多层钢框架结构在不同工况条件下的倒塌规律.利用相关规范提出的拉结构件法对结构进行加强设计,验证了多层钢框架结构在多柱破坏情况下拉结构件法的有效性.多柱破坏时,可以通过合理拉结设计有效避免结构发生连续性倒塌,为实际工程中如何利用拉结构件法进行加强设计提供了理论参考.     

中欧抗震设计规范关于“强柱弱梁”设计比较

通过5·12汶川大地震的震后房屋震害调查发现,多层钢筋混凝土框架结构的框架柱比梁更易遭到破坏,出现了非设计预期的柱铰破坏机制.从抗震设防目标、地震作用水准、结构分析模型、构件抗震计算与构造措施等多角度出发,对比分析了我国抗震设计规范GB 50011—2001和欧洲抗震规范EN 1998-1在实现强柱弱梁上的差异.研究表明,保证抗震等级为一至三级的梁、柱局部延性的构造措施不足,以及对于楼板对梁刚度和承载力的贡献考虑不充分是造成地震中钢筋混凝土框架结构柱铰破坏的主要原因.     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌数值分析

目的研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的连续性倒塌破坏机理,完善结构抗连续性倒塌的设计方法.方法采用建立的钢筋混凝土构件本构模型,对构件整体式建模,最终建立了8层空间框架结构模型.选取合适的构件破坏准则,对钢筋混凝土框架结构进行了地震作用下的连续性倒塌破坏全过程分析,分析了结构位移、弯矩等受力特性,探讨了构件破坏后的传力路径和结构连续倒塌破坏机理.结果框架结构中构件的破坏,一般始于框架梁的竖向大变形,完全倒塌的主要原因是总应变能的累积;结构首层是发生破坏的集中区域,当破坏范围自首层传至2层中跨后,结构将在短时间内完全倒塌;随着构件计算模型中捏缩效应系数的增大,框架结构整体破坏时间呈现先增大后减小的趋势;考虑计算模型中的峰值后强度退化段后,结构完全破坏的时间将会提前.结论"强柱弱梁"的受力机制有利于结构抵御连续倒塌;框架结构的首层是倒塌破坏的薄弱层;合理控制结构构件的剪跨比,可以提高结构整体的延性;若不考虑计算模型中的峰值后强度退化段,将会高估结构的抗连续倒塌能力.     

基于隔震的RC框架结构抗震性能分析

近年来因为地震我国遭受了巨大的经济损失,现今人们对结构的安全性更加重视,因此,更安全可靠的抗震技术也成为抗震研究的重点。针对钢筋混凝土(RC)结构在遭受外力作用时的结构破坏模式进行研究分析,考查钢筋混凝土框架结构隔震抗震性能。研究表明对非隔震的RC框架进行动力时程分析找出结构薄弱层,再将隔震支座分别安装在结构基础层、薄弱层以及结构顶层并对各结构模型进行模态分析,对比隔震支座的位置对结构前六个振型的周期、频率的影响,综合考虑经济和社会多种因素,对大多数情况下的RC框架结构,建议采用基础隔震方案。     

基于性能的RC框架结构现浇板式楼梯抗震性能评估

根据已有楼梯抗震试验结果,给出梯段板抗震性能水平及其量化指标;建立框架结构层间位移角与梯段板抗震性能指标之间的关系,并进行楼梯抗震性能宏观评价;基于梯段板、梯柱、与休息平台直接相连的框架柱等楼梯构件,给出既有RC框架结构板式楼梯抗震性能评估的具体方法和步骤.     

钢筋混凝土框架结构抗倒塌的研究现状

为了进一步研究钢筋混凝土结构抗倒塌性能,全面总结了国内外钢筋混凝土结构抗倒塌的研究过程及取得的研究成果,介绍了在地震力作用下钢筋混凝土框架结构破坏准则的研究现状,并指出了各个破坏准则存在的一些问题及以后的发展方向。同时,建议应在破坏准则的基础上确定钢筋混凝土框架结构的倒塌准则和评估指标。     

尼泊尔8.1级地震加德满都—樟木沿线民居震害调查与分析

为了分析尼泊尔地震中山区公路沿线自建民居的震害,在对加德满都-樟木口岸公路沿线民居震害调查的基础上,详细介绍了框架结构和砌体结构自建民居的特点,按照地震直接灾害和次生灾害,总结了这2种自建民居结构的震害特征,给出了其地震破坏比例.框架结构基本完好的比例是砌体结构的3倍多,而中等破坏、严重破坏和毁坏的比例约为砌体结构的1/2.根据震害调查和统计分析,得到以下结论:自建框架结构虽未经过正规设计,不满足尼泊尔建筑规范的相关要求,施工质量也比较欠缺,但破坏程度小于自建砌体结构;随公路海拔的升高,沿线民居的震害程度有加重的趋势;山区地震导致的次生灾害对沿线民居建筑的破坏比较严重.     

近海在役钢筋混凝土框架结构抗震能力时变劣化规律

为量化表征近海在役钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的抗震能力时变劣化规律,以氯离子扩散理论为基础,首先研究建立了钢筋锈蚀深度预测模型,介绍了近海在役RC框架结构数值建模方法,进而以可抵御的地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)为指标表征结构的抗震能力,提出了基于能力谱方法的在役RC框架结构抗震能力量化方法,并分析了不同抗震设防水平下近海在役RC框架结构的抗震能力时变劣化规律,建立了相应的量化模型.结果表明:所建立的抗震能力量化方法可以直接量化在役RC框架结构不同破坏极限状态下可抵御的地震强度,从而直观反映近海在役RC框架结构的实际抗震能力;随着服役龄期的增长,近海在役RC框架结构不同破坏极限状态的抗震能力近似呈线性关系退化,且其退化速率随设防水平的降低不断提高;随着设防水平的提高,近海在役RC框架结构抗震能力劣化的起始时间不断提前;所建立的时变抗震能力量化模型可近似表征近海在役RC框架结构抗震能力的时变劣化规律,但尚需实例验证.     

采用装配式滑支板式楼梯的RC框架结构抗震性能

基于ABAQUS对楼梯建立有限元模型,通过与试验楼梯的对比验证数值模型的适用性;用该基础模型分别对采用现浇抗式板式楼梯和装配式滑动支撑板式楼梯的钢筋混凝土(RC)高层框架结构模型进行时程分析,从位移响应、塑性损伤发展及地震响应的角度研究各方式对结构抗震性能的影响,比较了多高层结构滑支楼梯的抗震性能。结果表明:带现浇抗式连接楼梯的框架结构位移响应大,扭转效应加剧,应力更加集中,地震作用增大,结构损伤严重,更易发生受拉及受压破坏;带装配式滑动支座楼梯的框架结构位移较小,应力分布较均匀,构件损伤较小,能作为安全通道在震后得以保留,在位移响应、应力损伤及地震响应多方面的效果均优于带现浇抗式连接的框架结构;带滑动支座的高层相较于多层在整体应力、塑性发展、损伤范围及程度上均更严重,滑动效果表现更好。     

纤维布加固填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能水准研究

为研究纤维布（Fiber-Reinforced Polymer, FRP）加固对填充墙钢筋混凝土（RC）框架抗震性能水准的影响,利用数值模拟验证后的有限元建模方法,分别对未加固及FRP加固后的1000个随机结构模型进行了Pushover分析,最终基于各极限状态下层间位移角的统计分析结果,建立了FRP加固前后填充墙RC框架针对不同极限状态的量化划分准则。不同加固方案的分析结果表明：FRP仅加固框架梁、柱对框架轻微破坏状态影响不大,但会大幅度提高框架中等、严重和倒塌破坏的延性水平,且提高幅度随着框架柱包裹FRP层数的增加而增加;FRP仅加固填充墙并不能改善填充墙在轻微和中等状态的延性水平,但可以明显改善填充墙在严重和倒塌状态下的延性水平;FRP同时加固框架和填充墙可以提高各自的延性水平。     

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.     

Push-Over Analysis of the Seismic Behavior of a Concrete-Filled Rectangular Tubular Frame Structure

Introduction Over the past twenty years the static push-over proce- dure has been presented and developed by several au- thors, including Saiidi and Sozen[1], Fajfar and Gasper- sic[2], Bracci et al.[3], amongst others. This method is also described and r…     

预应力钢绞线钢筋混凝土框架柱抗震加固设计

框架结构中框架柱是主要承重构件之一,框架柱自身性能对框架整体的抗震性能有着重要影响。研究表明,预应力钢绞线加固RC柱能够抑制早期RC柱显著提高柱的正、斜截面承载力,抗震方面也能够有效地提高柱的延性以及耗能能力。目前研究中乏有预应力钢绞线的加固设计研究,因此限制了该项技术在实际工程中的使用。本文对课题组相关研究成果及各其他相关研究成果和设计规范,从该项技术加固RC框架柱正、斜截面承载力出发,研究了其框架柱抗震加固设计和控制其最终破坏形态的方法。     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。