Northridge与ChiChi地震滞回耗能谱的比较

按场地类别和强震持时将水平向302条美国Northridge地震记录和339条台湾ChiChi地震记录的峰值进行规一化处理,分别采用双线型、半退化三线型和退化三线型3种恢复力模型,对单自由度(SDOF)体系进行弹塑性时程分析,研究结构动力特性和地震动参数对平均滞回耗能谱的影响.结果表明,平均滞回耗能值强烈地依赖于场地条件、强震持时和阻尼比等因素,恢复力模型和屈服强度系数对滞回耗能值的影响较小;滞回耗能值随强震持时的增长而增大,随场地特征周期的增长而增大,随阻尼比的增大而减小.Northridge地震和ChiChi地震的滞回耗能谱的形态和变化趋势相类似,峰值相差较小,由此提出了滞回耗能谱简化计算公式,并回归分析得到相关系数.     

单自由度体系地震能量反应的计算

在地震中，结构吸收地震波输入的能量，并以阻尼耗能和滞回耗能的形式消耗能量。通过结构弹塑性地震反应分析的时程分析法，可以计算出结构地震总输入能及结构阻尼耗能和滞回耗能的时程曲线。这些曲线可以为结构抗震分析提供依据。简要介绍了计算单自由度体系弹塑性地震能量反应的基本过程，并以算例说明。     

求弹塑性位移谱的一种简化方法

为给目前基于性能的抗震设计新思路中主要用于评估结构弹塑性位移反应的Pushover方法提供目标位移的评估工具，文章以现行抗震规范的弹性加速度反应谱为基础，应用单自由度体系的最大位移与最大加速度的关系，计算出抗震体系的弹性最大位移反应，又以1735条实际地震记录作为输入进行大样本数值分析，以此为基础，得到单自由度体系弹塑性最大位移与弹性最大位移的比值随体系自振周期的变化规律，回归得出体系的弹性与弹塑性最大位移比值谱及其计算公式，由此得出可以由规范弹性加速度反应谱及位移比谱简化公式计算抗震体系弹塑性位移谱的简化方法。     

基于等效单自由度体系的结构滞回耗能估计

提出了研究单自由度体系和多自由度体系在地震作用下耗能关系的重要意义;建立了结构的等效单自由度体系能量方程,得出与原多自由度体系滞回耗能及变形能关系公式,据此提出了基于等效单自由度体系的多自由度结构体系总滞回耗能估计方法.分别对质量为均匀分布,楼层剪切强度和剪切刚度为均匀及不均匀分布的8幢5层剪切型多自由度体系和其等效单自由度体系输入典型地震动,计算滞回耗能及变形能,并将计算结果进行比较分析.结果表明,通过等效单自由度体系来估计剪切型多自由度体系的滞回耗能,是一种计算简便且较为准确的方法.     

基于MATLAB的地震作用下SDOF体系能量响应时程分析

为多角度揭示地震对结构的破坏作用,从能量角度研究了单自由度非线性体系的地震响应及其特征.通过Matlab编制了基于双线性滞回模型的单自由度体系地震能量响应分析程序,计算分析了汶川地震波激励下某RC弹塑性结构的能量响应时程及能量占比时程.研究表明,滞回耗能和阻尼耗能是结构耗能主要方式.总输入能和滞回耗能总体递增,而阻尼耗能则单调递增,各能量项在总输入能中的占比主要由滞回耗能控制.结构初始刚度对各项能量响应及其最终占比有重要影响.在某特定刚度值下结构总输入能会达到峰值,且滞回耗能及其最终占比也将达到最大,偏离该特定刚度值两者都将减小.滞回耗能和阻尼耗能的占比时程,在振动初期波动较为剧烈;进入强震阶段后,当初始刚度较小时,两者占比相对稳定,而当刚度较大时,两者占比则有一定波动.     

基于位移及滞回耗能的结构抗震性能评估新方法

根据Pushover分析的基本假定,推导了多自由度体系结构与其等效单自由度体系之间位移及能量的近似转换关系;在此基础上,采用Park-Ang模型对结构在地震作用下的整体损伤指标进行合理估计,并据此对结构的抗震性能作出综合评估.本文方法能同时体现地震作用下结构的最大变形及滞回耗能总量对其损伤造成的影响,具有广阔的工程应用前景.为验证该方法的准确性,对一典型的7层混凝土框架结构进行了算例验证.结果表明,算例结构的整体损伤指标估计误差仅为7.0%左右,其中位移项估计误差约为6.6%,能量项估计误差约为9.9%.     

邻体结构摩擦阻尼控制体系地震反应分析

对邻体结构摩擦阻尼控制体系的地震反应进行了仿真计算和参数分析。针对摩擦阻尼器提出了理想弹塑性和Bouc-Wen滞回模型2种分析模型,计算结果证明2种模型吻合良好。选取子结构顶层最大位移和加速度以及体系总耗能和阻尼器耗能比为控制效果指标,分别对单自由度和多自由度邻体结构进行仿真计算和摩擦阻尼器参数分析,结果表明,摩擦阻尼器参数取值对结构减震效果影响显著,通过合理设计,摩擦阻尼器能有效控制各子结构的地震反应,取得显著的减震效果。     

地震损伤评价的累积滞回耗能计算

从地震损伤评价的角度出发,概括常见的两种经典模型的参数计算方法及存在的缺陷,并建议研究累积滞回耗能的必要性.基于4个HRB 400级钢筋混凝土柱的低周加载试验,研究累积滞回耗能的计算方法.此外,为了进行地震损伤指数的计算,根据试验结果,建立累积滞回耗能与极限位移的关系.     

损伤结构弹塑性抗震性能分析及评价

综述结构弹塑性动力响应分析的方法、理论模型, 以及地震作用下钢筋混凝土结构破坏准则.在分析结构弹塑性动力分析及其评价存在问题的基础上,提出其动力分析及评价关键技术.根据结构滞回运动中损伤退化累积释放弹性能与累积塑性变形能的关系,导出累积释放弹性能位移关系函数.介绍以累积释放弹性能指标建立结构损伤程度评价模型、结构延性评价模型及相应的结构破坏准则新思路,并应用于解决结构基础隔震、减振耗能、振动控制和与非线性振动有关的工程问题.     

基于能量准则的SDOF阻尼减震结构最大地震位移

粘滞阻尼耗能能减小结构地震反应。根据振动等能量准则 ,由地震动力能量方程推导了单自由度 (SDOF)弹性体系的地震最大位移反应与阻尼比的关系。与地震动力时程数值分析方法计算得到的结果对比表明 :该文理论结果较好地反映了 SDOF结构的最大地震位移反应。在地震动特征周期处产生类共振时阻尼减震效果更为显著。利用振动等能量准则方法可较为简便地确定阻尼减震结构体系的最大位移反应和进行减震设计。     

基于模态能量分析的结构滞回能量估算方法

建立能量谱和结构能量反应的关系,是基于能量抗震设计需解决的关键问题之一。根据多层结构体系在地震动作用下的能量平衡方程,运用弹性体系的振型分解思路,将多层结构的能量反应平衡关系拆解为多模态的能量反应平衡关系,推导出多层结构与其模态等效单自由度体系的能量反应平衡关系。运用考虑塑性反应阶段振型的“等效振型”替代弹性振型。建立通过模态滞回能量反应估算多层结构总滞回能量的方法。针对硬、中、软三类场地设计3栋6层模型,选取各类场地下的地震记录作为结构模型的水平激励进行非线性动力时程分析。结果表明,在一些情况下,通过模态能量分析能较准确地估算地震作用下多层结构总滞回能量。     

非线性损伤谱特征研究

提出了基于Park和Ang损伤模型的弹塑性反应谱(损伤反应谱,简称"RD谱")的研究方法.考虑结构极限状态设计,并通过自编DBRS程序,研究得到了RD谱族;RD谱综合考虑了结构最大弹塑性位移和结构累积滞回耗能的耦合影响,更加合理地反映结构在罕遇地震作用下的弹塑性行为.研究发现RD谱与已有Rμ谱具有类似的特征.通过大量时程分析和拟合得到其回归公式及其相关系数.此外,提倡的RD谱和Rμ谱的定性比较分析,所得结果相对于其它研究结果中是最小的,主要由于两个方面的原因:一是RD谱考虑结构极限状态的情况,二是考虑地震动持时的作用,表明结构抗震设计或评估应当考虑地震动的持时因素.     

单自由度体系损伤谱及其应用研究

为合理地揭示结构在地震作用下的弹塑性行为,该文考虑结构最大弹塑性位移和累积滞回耗能的耦合影响,建立了单自由度(SDOF)体系损伤谱,提出了一种基于损伤谱的抗震性能评价方法.依据Park-Ang双参数地震损伤模型,通过大量的SDOF弹塑性时程分析计算,建立了基于强度折减系数的4类场地损伤谱.在统计平均和回归分析的基础上,得到了简化的损伤谱表达形式.算例验证了基于损伤谱的抗震性能评价方法的合理性.算例分析表明,按该文方法可以合理考虑累积滞回耗能对结构损伤的影响,其计算结果与时程分析结果具有较好的一致性,因而能够从统计意义上对结构的损伤程度进行评价.     

新型RC网格式框架结构墙体试验研究

为研究新型RC网格式框架结构承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度和耗能能力等受力性能,进行了3榀1/5缩尺墙体模型在低周反复水平荷载作用下的试验.试验结果表明:新型RC网格式框架结构表现出框架结构的受力特性,试件各层均出现反弯点,为剪切型破坏;滞回曲线饱满,有较强的耗能能力;延性比常规框架好;试件屈服后,刚度退化较快,临近破坏时,刚度退化缓慢.考虑材料、几何和接触非线性,运用有限元软件AN-SYS对相同条件下填充磷石膏的网格式框架结构墙体进行计算,有限元计算屈服时墙体顶点最大水平位移比试验大约5.8%,与试验结果吻合较好.新型RC网格式框架结构是介于框架结构和密肋网格式剪力墙结构受力性能之间的一种结构形式,适用于建造高层住宅及办公建筑等.     

砌体墙抗震性能伪静力试验研究

考虑了砂浆强度等级、开洞率和高宽比3种因素,对3层砌体房屋的底层墙进行抗震性能的伪静力试验.分析了破坏形态、滞回耗能、抗震承载力、刚度退化和墙体侧移情况.结果表明,砂浆强度等级和高宽比对破坏形态的影响类似,而开洞率稍有不同;砂浆强度等级愈低、开洞率愈大或高宽比愈大时,墙体的耗能能力及抗震承载力愈小,其中开洞率的影响更为显著.开裂前,各因素下刚度退化均较快,且趋势一致;开裂后,开洞率大的试件刚度退化最快;达到极限荷载时,各因素下的刚度退化较大,为初始刚度的20%左右.开裂后,开洞率大的墙肢薄弱,墙高方向的侧移分布曲线明显外凸.     

锈蚀钢筋混凝土墩柱的双向拟静力试验

为探讨钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震性能的影响,对2组共10个具有不同锈蚀率的钢筋混凝土墩柱模型进行双向拟静力试验,得到在两个不同轴压比下、钢筋不同腐蚀程度时的滞回曲线.分析了钢筋锈蚀率和轴压比对墩柱模型承载力、刚度、位移延性和滞回耗能等的影响,给出墩柱模型的骨架曲线和刚度退化曲线.结果表明,钢筋锈蚀在一定程度上可改变钢筋混凝土墩柱的破坏形态,尤其是在较大的轴压比下;钢筋锈蚀对钢筋混凝土墩柱的水平承载力和位移延性均有较大影响.     

双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

Q500GJ高强度钢材焊接H形柱抗震性能试验研究

为促进Q500GJ高强钢材在钢结构工程中的应用，进行了5个Q500GJ高强钢焊接H形截面试件的水平往复加载试验研究，分析了试件的长细比、绕强弱轴加载等因素对试件破坏模式、变形能力、抗震耗能能力的影响. 结果表明，所有试件荷载-位移滞回曲线饱满，滞回性能良好. 骨架曲线正、反向基本对称，走势相似，从弹性变形到屈服点，荷载达最大后，开始下降直至塑性破坏. 试件绕强轴反复荷载，板件局部弹塑性失稳破坏，截面塑性发展不充分，试件绕弱轴反复荷载，全截面进入塑性破坏，试件绕弱轴反复荷载下延性系数要高于绕强轴反复荷载下的延性系数. 试件最大层间位移角为1/20，最小层间位移角为1/26，均满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010)中多、高层钢结构弹塑性位移角1/50的限值要求.     

罕遇地震作用下钢筋混凝土框筒结构耗能研究

通过一钢筋土框筒结构实例,用振型分解法按等效单自由度体系求解其滞回输入能;用Pushover法分析了滞回耗能在层间的分布规律,与非线性动力时程分析需要选取地震波的不确定性相比,采用该法可以减少分析时间,同时获得较为稳定的分析结果.根据楼层滞回耗能与弹塑性层间位移的关系求出了各层的弹塑性位移,以此即可验算结构薄弱层在罕遇地震作用下的弹塑性变形;通过层间耗能分布及弹塑性层间位移的比较,体现了翼缘框架对整个结构的贡献.以上过程通过与非线性动力时程分析的对比,证明了方法的可行性.     

复杂层状岩基上重力坝极限抗震能力评估方法初探

针对复杂层状岩基上典型工程的特点,从结构系统功能的潜在失效模式出发,利用数值仿真分析方法,结合基于功能的地震破坏等级评价模型、基于断裂力学的坝体开裂行为分析模型和基于变形体突变的系统极限承载力分析评价模型,建议从坝体混凝土损伤破坏等级、开裂破坏模式、坝基岩体极限承载能力和系统稳定性突变等方面综合评价大型重力坝的极限抗震能力.实例分析结果表明,阿海重力坝溢流坝段极限抗震能力为0.550g～0.600g.基于数值试验的极限抗震能力综合评估方法,可以全面考虑各种关键性能对极限抗震能力的影响,避免了单一收敛性或系统突变评价准则的缺陷,在一定程度上弥补了振动台模型试验的不足.