基于静力能力谱法的RC结构反应修正系数

目前我国现行抗震设计规范尚未引入结构反应修正系数,结构反应修正系数是预测结构在某一地震设防水准作用下的弹塑性变形能力与安全储备能力从而指导结构设计的参数。采用静力能力谱方法考察按照我国抗震设计规范设计的5层RC(钢筋混凝土)框架结构,在结构遭遇6、7、8、9四个设防烈度的地震作用下的反应进行分析结构反应修正系数需求值。研究结果表明:加固RC框架结构性能点相对未加固框架结构偏小且结构延性更好,随着地震震级的提高结构反应修正系数不同程度降低,加固框架结构抗震能力安全储备增大,进入塑性状态后加固RC框架结构能充分发挥结构塑性铰的能力,较好的提高了结构的非弹性变形能力和耗能能力,为今后结构发生塑性铰破坏和对结构设计提供理论基础。     

基于高阻尼橡胶支座及墩柱劣化的近海隔震桥梁地震响应分析

为研究高阻尼橡胶支座及墩柱材料性能退化对近海隔震桥梁在服役期内抗震性能的影响规律,给近海隔震桥梁的全寿命性能评估提供理论依据,首先,对高阻尼橡胶支座进行海水干湿循环作用下的性能劣化试验,得到相应的力学性能劣化时变模型,给出全寿命周期内高阻尼橡胶支座力学性能时变参数,并基于钢筋力学性能和混凝土材料退化模型,计算全寿命周期内钢筋和混凝土的时变参数,分析纵筋单独劣化、箍筋单独劣化及二者共同劣化3种工况条件下,桥墩截面的抗弯承载力及延性在全寿命周期内的时变规律。随后,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁非线性有限元模型,设计支座单独劣化、墩柱单独劣化、支座和墩柱共同劣化3种工况,分析对比不同工况下桥梁的地震响应时变规律。结果表明:箍筋劣化导致桥墩截面的延性显著降低,但对截面抗弯承载能力影响不大,纵筋劣化则相反,二者共同劣化使得桥墩截面的抗弯能力和延性均大幅下降;墩柱单独劣化和支座单独劣化对桥墩反应和支座滞回曲线均有影响,但相比于支座性能和墩柱材料单独劣化,二者共同作用时影响最大;随着服役时间的增加,墩顶位移和墩底弯矩-转角滞回面积逐渐增大,而墩底弯矩和支座滞回面积均变小;隔震桥梁的抗震性能受极罕遇地震的影响较大,极罕遇地震作用下,桥墩及支座的地震响应均显著增大。     

考虑氯离子侵蚀的近海桥梁结构地震易损性分析

分析氯离子侵蚀作用对近海桥梁结构抗震性能的影响,提出了近海桥梁时变地震易损性分析方法.以一座近海简支梁桥为例,基于概率方法得到氯离子侵蚀作用引起的纵筋直径和屈服强度、箍筋直径、保护层混凝土抗压强度随时间的退化规律,研究发现随着钢筋腐蚀程度增加,小剪跨比的桥墩会由弯曲破坏转变为弯剪或剪切破坏.基于OpenSees软件建立桥墩在不同服役时间考虑弯曲、粘结和剪切变形的有限元模型并进行Pushover分析和增量动力分析以评估腐蚀桥墩的抗震性能.定义腐蚀桥墩的损伤状态,评估各级损伤状态能力,通过易损性分析方法得到桥梁时变地震易损性曲线.研究结果表明,在氯离子侵蚀作用下,桥墩的材料性能不断退化,导致近海桥梁地震易损性随服役时间逐渐增长.     

弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱数值模型

为探究弯曲破坏型冻融损伤钢筋混凝土(RC)框架梁柱抗震能力进而对其展开准确评估，通过对国内外已有冻融损伤RC梁柱拟静力试验数据的对比分析与归纳总结，深入系统地探究了冻融循环次数NFTCs、混凝土强度f_cu、轴压比n对RC梁柱抗震能力的影响.采用理论知识构建了未冻融RC框架梁柱弯矩-转角(M-θ)恢复力模型骨架曲线计算方法，进而提出了可考虑冻融损伤参数F(F综合了NFTCs和f_c的影响)和轴压比n影响的冻融损伤RC框架梁柱M-θ恢复力模型骨架曲线计算公式.在此基础上，基于能量耗散原理，引入循环退化指数β_i用以表征梁柱构件的强度退化与刚度衰减，构建了适用于弯曲破坏冻融损伤RC梁柱的M-θ恢复力模型.将所建立的M-θ恢复力模型代入到OpenSEES的零长度单元ZeroLength Element中，利用集中塑性铰模型建立了适用于弯曲破坏型冻融损伤RC梁柱数值模型.通过模拟值与试验值的对比表明，构建的数值模型能较为准确地标定低周往复下弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱的滞回性能，可用于RC框架结构的抗震能力评估.     

基于橡胶隔震支座老化作用的近海隔震桥梁地震响应时变规律

通过对橡胶隔震支座进行海洋环境下的老化时变规律试验和理论分析研究,得到橡胶隔震支座在海蚀环境下的性能劣化规律。利用钢筋混凝土材料和隔震支座材料的劣化模型,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。定义墩柱劣化、橡胶隔震支座劣化及二者共同劣化三种劣化工况,对桥梁在全寿命周期内的地震响应的时变规律进行分析。结果表明:墩柱材料和支座性能单独劣化均会显著影响桥梁的地震响应,而二者共同劣化的响应结果取决于单一因素的结果。总体来看,随着劣化时间的增大,墩顶最大位移增大,支座水平最大剪切位移减小,墩柱塑性耗能增大,支座滞回耗能面积减小。研究可为桥梁结构全寿命抗震性能分析和评估提供理论依据。     

现浇再生混凝土框架模型结构地震损伤评估

基于完成的6层现浇再生混凝土(RAC)空间框架结构模型模拟地震试验,提出了再生混凝土框架结构地震破坏等级7级划分标准,明确了基于结构极限状态的抗震性能水平.采用变形和能量线性组合的双重破坏准则对再生混凝土框架结构进行抗震能力评估.结果表明:基于变形和能量线性组合的双参数地震损伤模型,能够很好地评估地震作用下再生混凝土框架结构的损伤发展过程,为基于性能的再生混凝土框架结构抗震优化设计提供了依据.     

基于MIDAS Gen的多层钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟分析

汶川地震中大量钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构破坏严重,极震区其倒塌率却远超过多层砖混结构。2022年9月以来,四川频发地震,为重新探讨倒塌机理及抗震性能,本文研究通过实地震害及多层RC框架结构破坏形式,结合数值模型并应用MIDAS Gen有限元计算方法,研究了RC框架结构的倒塌机理、地震响应分析。结果表明：框架柱的破坏与屈服是RC框架倒塌的主要因素,模拟增设填充墙,当地震烈度达到10度时,层间位移角大约1/46,降低柱的轴压比,提高柱的破坏延性,增大结构的极限抗侧能力,起到抗震第一道防线的作用,避免整体屈服破坏。     

在役多梁式RC简支梁桥的体系时变可靠度评估方法

为科学评价在役多梁式简支梁、板桥的结构性能,针对其体系承载的冗余性、体系失效的随机性与时变性、及体系时变的随机性,对多梁式钢筋混凝土(RC)简支桥开展体系时变可靠度评估模型研究。通过事故调查与概念分析,系统研究其失效模式和失效机制的特点和属性;针对多梁弯曲失效模式,提出一套定量分析方法和指标,建立在役多梁式钢筋混凝土简支桥的失效模式。根据简支桥的承载特点,建立考虑多重失效机制的失效模式分析模型;根据多梁式体系的承载传力特点,推导横向联系不同状态时,体系的失效概率表达;基于全概率公式,建立多重失效机制条件下,在役多梁式RC简支桥的体系时变可靠度评估模型;提出不同失效模式的贡献率指标,并提出多梁弯曲失效模式的定量分析指标与方法,分析其主要影响因素。以标准通用板梁桥为例,通过算例分析对提出的方法进行验证。研究结果表明:最不利构件评估和传统的体系评估模型未能全面考察结构的传力机制和各构件相互的作用及其变化,可能对结构安全性做出保守或危险的误判;提出的模型可从体系层次准确地反映结构承载性能可靠性退化规律,既可考虑体系失效的随机性和时变性,又可表现出横向连接的退化对结构体系改变的随机性,更加合理地反映了寿命周期内梁桥体系的安全可靠性。     

基于我国规范RC框架结构的延性折减系数

提出了一种基于能力谱原理的多自由度体系延性折减系数计算方法,然后依据我国抗震规范按照不同高度、不同设防烈度设计了三组九个RC框架结构,并采用Pushover方法计算了它们的延性折减系数、超强系数和强度折减系数.发现高烈度区的结构,在相同高度下具有较低的储备强度,而在相同设防烈度下,结构越高强度储备越低.根据研究结果,指出了我国现行抗震规范下RC框架结构地震作用取值中的不足,并提出了对规范的修改建议.     

基于OpenSees的填充墙RC框架结构数值模型

基于Open Sees软件建立填充墙RC框架结构数值模型,钢筋混凝土梁柱单元采用集中塑性单元,其中梁柱中部采用弹性梁柱单元,梁柱端部采用零长度弹簧单元来模拟塑性铰,采用改进的Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟塑性铰的非线性,采用两对等效角撑模型(仅受压)模拟填充墙,采用Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟填充墙的非线性,建立了填充墙RC框架结构的非线性数值模型,与单层单跨填充墙RC框架试件的低周反复加载试验结果进行对比分析,验证了建立的填充墙RC框架结构数值模型的正确性,为建立填充墙RC框架结构的抗地震倒塌能力评估研究奠定基础。     

钢筋混凝土摩擦耗能支撑加固既有框架结构的研究

为了研究用钢筋混凝土摩擦耗能支撑对既有框架结构加固后的抗震性能,利用ETABS软件模拟既有框架结构加固前和加固后的模型。对比了两个模型的层间位移角、剪重比以及内力变化。通过研究表明:增设耗能支撑的加固措施,不仅能有效地改善既有框架结构的抗侧刚度,而且在罕遇地震作用下还能提供很好的耗能减震性能,从而使既有框架结构加固后具有足够的抗震安全储备实现其抗震设防目标。     

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.     

耗能腋撑对钢筋混凝土框架抗震加固性能分析

为了减小强烈地震作用下钢筋混凝土框架梁柱节点的损伤破坏,在不影响建筑使用空间的前提下,提出在梁柱节点区附近设置耗能腋撑,改善框架结构的抗震性能.以一榀普通单层钢筋混凝土框架结构为研究对象,耗能腋撑采用防屈曲支撑,对框架结构进行低周反复数值模拟试验研究,并变化耗能腋撑布置方式,研究耗能腋撑对框架抗震性能影响.计算结果表明,带耗能腋撑框架滞回曲线饱满,框架结构的强度与刚度退化得到减缓,延性系数提高了53%;随着耗能腋撑与梁端距离或夹角的增大,框架结构的初始刚度与承载力均得到提高,两者分别提高了48%和39%,其延性系数最大可达到8.66;而耗能腋撑与梁的夹角对框架结构的刚度退化系数影响并不显著.耗能腋撑有效地改善了钢筋混凝土框架的抗震性能.     

多水准位移能力谱抗震设计方法

在改进能力谱方法和多水准抗震设计理念的基础上,提出了基于位移能力谱的多水准抗震设计方法.利用位移能力谱方法,获得了结构在不同抗震设防水准下结构的位移需求和延性系数,并构造出多水准需求谱.从多水准需求谱上得到多个基于位移抗震设计的控制点,最终构造出结构设计能力基准曲线.基于结构设计能力基准线对结构进行设计,能使结构同时满足"小震不坏"的弹性位移需求和"中震可修"及"大震不倒"的弹塑性位移需求.根据一个单自由度桥墩抗震设计的全过程,说明了基于位移的多水准抗震设计方法不仅能够满足各个设防水准的需求,而且根据该方法设计的结构具有最优的经济性.     

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。     

中国钢筋混凝土结构抗震措施优化的思路及示例

中国抗震设计规范与国外同类规范在处理各设防烈度区设计用地震作用相对水准与相应抗震措施严格程度的关系问题上存在实质性差异,为了弥补这种差异对结构抗震可能造成的不利影响,保证不同设防烈度区的结构具有基本一致的强震反应性态,以8度0．30g区二级抗震等级混凝土框架结构为例,完成了若干结构算例在罕遇地震水准的多条地面运动输入下的非弹性动力反应分析;对结构在强震下的反应性态进行了对比分析;初步探讨了中国规范延性抗震设计措施的优化方案．分析结果表明,在保持现行设计用地震作用相对水准不变的条件下,采用适当优化“强柱弱梁”措施及其他抗震构造措施的做法,可以使各设防烈度区结构在罕遇地震下保持基本一致的性态控制水准．     

基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.     

近海大气环境下锈蚀钢柱抗震性能试验研究

为了研究近海大气环境下锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过人工气候环境模拟试验技术对6榀钢框架柱进行了近海大气环境下的加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行低周往复加载试验,研究了不同锈蚀程度和轴压比对钢框架柱破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等指标的影响.试验结果表明：随着锈蚀程度增加,试件底端翼缘屈曲、腹板鼓曲及塑性铰形成所对应的位移呈减小趋势;试件承载能力、变形能力及耗能能力均有所降低.此外,随着轴压比的增大,试件发生局部屈曲现象提前;承载力及延性显著降低,强度和刚度退化速率加快,耗能变差.基于试验结果,初步确定锈蚀钢框架柱不同抗震性能水平和性能指标量化限值.研究成果为近海大气环境下在役钢框架结构的抗震性能评估提供了试验支撑.