对建筑结构抗震设计的若干思考

基于建筑结构抗震设计这一话题,就现有的抗震建筑抗震设计规范（GB50011～2001）,针对设防目标、水准、抗震可靠度、罕遇地震下弹塑性变形等展开了探讨。     

某框架-核心筒超限高层基于抗震性能的设计分析

文进行了某框架-核心筒超限高层基于抗震性能的设计分析。多遇地震下,进行反应谱分析与弹性时程分析;设防烈度地震下,进行中震弹性与中震不屈服复核;罕遇地震下,进行静力弹塑性分析(Pushover Analysis),评估结构的抗震性能,发现结构潜在的破坏机制,针对性地加强薄弱部位,改善结构抗震性能。该工程通过三个水准地震作用分析,基本实现了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标。     

汽轮机基础选型及结构抗震性能

为确定某核电汽轮机的基础形式以及明确其结构的抗震性能,本文通过LS-DYNA有限元程序建立了某汽轮机整体结构的三维有限元模型,就基础选型问题以及汽轮机整体的抗震性能进行了综合分析.结果表明:目前核电设备常选用的刚性基础和弹簧基础中,弹簧基础较刚性基础有更好的抗震性能,更适合作为该汽轮机的基础;采用弹簧基础作为该汽轮机的基础结构,在8度设防烈度多遇地震水准下,该汽轮机整体结构可以满足结构抗震要求,而在8度设防烈度罕遇地震水准下,该汽轮机部分结构变形过大且内力不满足自身强度要求及抗震要求,应加强相应结构的抗震性能.     

基于改进模态推覆法的导管架平台弹塑性抗震性能

针对强震下海洋导管架平台的弹塑性失效问题,提出一种基于性能设计的海洋导管架平台改进模态推覆抗震分析法,获得强震下平台结构的弹塑性抗震性能及其失效模式,解决强震下海洋导管架平台的弹塑性抗震性能评估难题.通过对比分析设防和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性地震响应的差异性,探讨平台结构的参振振型、振型形状向量以及地震动不确定性对平台结构弹塑性抗震性能的影响.研究结果表明:高阶振型和振型形状向量对导管架平台弹塑性抗震性能的影响较大,需考虑前9阶或9阶以上的模态振型及振型形状向量变化的影响;设防和罕遇烈度8度地震下,平台结构弹塑性抗震薄弱环节均位于导管架顶部,需重点关注;具有相同峰值加速度的不同地震时程下的平台结构地震响应表现出明显的离散性和差异性,建议采用改进模态推覆法评估强震下平台结构弹塑性抗震性能.     

超大型钢筋混凝土冷却塔模型地震模拟振动台试验研究

研究原型结构为即将要在抗震设防烈度8度区建设的高度为220 m的1 000 MW级热力发电厂超大型间接空气冷却塔,设计并实现了缩尺比为1∶30模型的地震模拟振动台试验.试验工况涵盖I～IV类场地条件下,冷却塔模型分别在7度、8度设防多遇地震、偶遇地震和罕遇地震对应的72组三向地震动激励,观察检验模型结构在不同场地条件不同地震动激励水平下的反应性态.同时,在每个级别的地震模拟试验工况前后,进行模型振动模态特性试验,实时监控模型结构在经历每个阶段地震动工况后的振动特性变化情况.试验结果表明,该冷却塔结构基本能够满足7度、8度设防条件下的抗震要求,但冷却塔下部的X型支腿两端与其喉部以上的壳体属于抗震薄弱部位,受较为密集的多个相邻高阶振型耦合振动影响,上部壳体厚度最薄处出现较为严重的环向破坏.     

曲线梁桥非线性分析及抗震性能评估

以上海莘庄立交工程中的一段曲线梁为例 ,按照实际结构构造 ,充分考虑材料非线性及连接构件的非线性等因素 ,以弹塑性纤维梁柱单元模拟桥墩、空间滑动支座单元模拟橡胶支座和滑板支座、接触单元模拟相邻结构之间的碰撞、大刚度弹簧模拟抗震销的限位作用 ,建立非线性时程反应分析模型 .基于位移和多级设防的桥梁抗震设计思想 ,进行设计烈度地震和罕遇地震 2个概率水准下的空间时程地震反应分析 ,并进行曲线梁的抗震性能评估     

浅谈钢筋混凝土结构抗震设计及问题

目前,世界各国的抗震规范几乎都采用按可能遭遇的地震强弱划分地震分区;根据各地区的历史发生地震的统计结果或对地质构造的历史考察给出具有明确统计含义的设防水准地面运动峰值加速度;再利用加速度反应谱给出不同周期下结构的反应加速度;通过地震力调整系数R得到设计用加速度水准。地震力降低系数对设防烈度地震作用的整体降低实际上决定了结构的屈服水准和对结构延性需求的大小。     

半再生混凝土框架的抗震性能

为了研究半再生混凝土框架结构的抗震性能,设计一个1/4缩尺8层框架结构的模型,对其进行模拟地震整体结构振动台试验,依次对整体结构进行8度多遇烈度、8度基本烈度、8度罕遇烈度以及更强烈度的地震输入,研究整体结构的破坏模式与抗震性能,并进行整体结构弹塑性时程计算以及易损性分析。研究结果表明:半再生混凝土8层框架破坏模式为强柱弱梁破坏模式;在多遇烈度和罕遇烈度阶段,层间位移角均小于规范限值,满足8度抗震设防要求;半再生混凝土8层框架层间位移角满足规范要求;在多遇烈度下,该结构超越正常使用状态(层间位移角为1/550)概率为79.30%,但在罕遇烈度下,超越生命安全状态(层间位移角为1/50)概率为32.29%,表明该结构依概率满足规范限值要求。     

基于性能的抗震设计理论及其在抗震加固中的应用研究

早期的工程设计人员认识到,结构在地震作用下的破坏并不是随机发生,而是基于一定的概率,并不一定所有建筑在其生命周期内都可能经历地震作用的危害,尤其是遭遇罕遇大地震的概率则更小,因此对所有建筑都采用高的抗震设防是很不经济的。由此,工程设计人员逐渐的提出不同地区的抗震设防烈度,并根据结构的功能对结构的重要性进行划分,按照不同的设防烈度和重要性对结构进行抗震设计,这些研究可被看做结构基于性能抗震设计的基础。之后的数年间,不同国家和地区的研究人员都逐渐的对其进行完善。     

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.     

普通钢筋混凝土规则框架的弹塑性地震反应

利用自编的非弹性动力分析程序对严格按我国规范设计的不同烈度区规则框架结构进行了多波输入下的地震反应分析.结果表明,修订后规范加严小震作用下的层间位移角控制条件可明显改善结构在大震下的位移反应;按修订前、后规范设计的9度区框架在大震下均形成了以梁铰为主的塑性耗能机构,预计能较好满足预定的抗震性态要求;按修订前规范设计的8度区二级抗震等级框架在大震下形成了其塑性耗能机构以柱铰为主、并存在出现层侧移机构风险的不利反应状况,按修订后规范设计的8度区框架的反应性态有所改善,但形成的塑性耗能机构中柱铰仍然偏多,表明其柱抗弯能力增强措施仍有进一步提高的必要;7度区框架的抗震性态比8度区框架略好,但抗震措施对柱的保护仍然不够,其柱抗弯能力增强措施也宜进一步提高.     

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.     

280m高郑东新区会展宾馆抗震性能分析研究

以280 m高郑州会展宾馆为例,分析了超限高层建筑的抗震性能.结果表明,布置结构体系和方案时需保证竖向刚度均匀、平面布置对称以及构件尺寸合适,结构的强度设计与延性构造措施可满足"三个水准、两个阶段"的抗震概念设计要求,在地震作用下,结构的周期、位移、扭转、地震剪力系数、倾覆弯矩等指标均满足规范规定的限值要求.研究结论为类似超限高层建筑结构的设计提供了参考依据.     

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.     

基于改进模拟退火算法的建筑结构抗震优化设计

针对“大震不倒”的抗震设防目标．提出一种在强震作用下建筑结构的优化设计方法．依据“用相同的投资获最好的设计”的设计理念,建立以建筑结构最大的层间位移最小化作为优化目标,同时满足体积约束的优化数学模型．采用动力有限元分析模型和高效的显式动力分析方法对强烈地震波作用下的结构进行分析,获得最大的层间位移;采用改进的模拟退火算法求解优化数学模型,设计了一种产生可行解的状态发生器．由该状态发生器产生的新状态均满足所有的约束条件;在显式动力分析软件ANSYS／LS-DYNA的基础上进行二次开发,实现了一个三维框架结构的抗震优化设计．数值算例表明,该方法能获得较高质量的解,具有现实的工程意义．     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

地震波输入角度对钢网格盒式束筒结构响应的影响

为研究空间钢网格盒式束筒结构在地震作用下的弹塑性性能,采用ETABS有限元软件建立数值模型.通过改变地震波输入角度,对钢网格盒式束筒结构进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析.从结构顶点时程位移、基底剪力、层间扭转角及各构件塑性发展进行对比分析,寻求对结构不利的地震波输入角度.分析结果表明:坐标轴方向并不是地震波作用的最危险方向,与结构X轴成45°左右的方向对该结构的影响最大;盒式束筒结构抗震防线明确,具有良好的抗震性能.     

基于破坏形态的重力坝地震易损性研究

大坝的地震风险分析是评价和改进大坝抗震安全度的有效工具.大坝的地震易损性是指大坝在给定地震荷载作用下发生各级损伤的条件概率,是地震风险研究（地震危险性分析、地震易损性分析、地震灾害损失评估）的3个主要组成部分之一.在考虑混凝土材料细观层次非均匀性影响的基础上,通过对碾压混凝土重力坝强震损伤破坏形态和过程的大量数值模拟,总结提炼了重力坝的典型震害形态,并据此提出了重力坝的五级震害等级划分标准.结合大坝设计地震超越概率,提出了大坝易损性分析方法,给出了金安桥重力坝挡水坝段的地震易损性曲线.研究结果可为混凝土重力坝的抗震设计和加固决策等提供参考.     

中小学建筑抗震设计若干问题

本文在青海玉树地震震害经验总结的基础上,对中小学建筑的抗震设防标准、结构体系及常用的砌体结构和框架结构类型存在的问题进行了深入的讨论,从结构体系、抗震措施及施工质量等方面提出了应注意的问题.并对新建中小学建筑的抗震设计提出了建议.