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.     

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。     

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。     

框架结构地震损伤演化过程数值分析

为了更好地研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤演化规律,采用理论分析的方法,改进了以往的基于变形及耗能的双参数损伤指数模型,应用按结构的重要程度所提出的"三水准"抗震设计地震损伤指标作为倒塌评定准则;采用非线性动力有限元法,模拟分析了某三层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌破坏过程,计算了主要构件和整体结构的地震损伤指数,定量的描述了结构的整个倒塌破坏过程。结果表明:改进后的损伤指数计算模型既能够计算最大损伤指数,又能定量连续化计算结构损伤指数,描述结构的整个倒塌破坏过程。采用的单榀双跨结构为研究对象,不仅考虑了边柱而且考虑了中柱损伤,与实际结构破坏过程相符。     

屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系抗震性能

基于利于结构安装和抗震修复以及屈曲约束支撑的特点,采用梁柱铰接钢框架承受竖向荷载、屈曲约束支撑抵抗水平荷载的结构体系,并推导了这种结构体系的楼层弹性和弹塑性抗侧刚度.采用双线性模型模拟屈曲约束支撑的滞回性能,采用时程分析方法分析了屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系的抗震性能、弹性及弹塑性地震反应特征.结果表明:多遇地震下,结构楼层位移反应基本呈线性关系,层间位移角分布比较均匀;罕遇地震下会出现薄弱层现象,但各层支撑都会屈服耗能.除底层以外,楼层剪力主要由支撑承担,而底层框架柱承担的楼层剪力比例会增大;框架梁和柱在各级地震下都处于弹性状态;屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系具有较好的抗震性能.     

某新型半导体显示产业钢厂房备料区抗震性能分析

以某新型半导体显示产业钢结构厂房备料区为工程背景,建立了厂房钢框架-支撑结构的非线性有限元模型,分别对多遇地震和罕遇地震下的结构抗震性能进行了分析。结果表明,结构整体指标均满足设计规范要求,第3层和第6层的层间位移角较大;罕遇地震下构件损伤主要集中在支撑,而结构底层角柱和中部楼层的边跨梁有轻微损伤;钢支撑能够有效提高结构刚度,减小梁柱的损伤。     

轻质填充墙对RC框架结构抗震性能影响研究

通过对轻质填充墙RC框架模型进行振动台试验及数值模拟分析,研究了轻质填充墙在其不同破坏阶段对整体结构抗震性能的影响,分析了整体结构的破坏特征、频率衰减、刚度退化、层间位移角变化及耗能情况,并对比了框架填充墙与空框架模型的模拟结果.研究结果表明:轻质填充墙在其破坏初期对结构频率影响超出规范预期,起到主要抗侧力构件作用,耗散了大部分的地震能量,保护了结构主体;而当它进入极限破坏阶段后对结构整体刚度及耗能上的贡献趋于定值.因此,轻质填充墙对RC框架结构的抗震性能有明显增强作用、不能忽略.     

T形截面钢骨混凝土异形柱框架抗震性能拟动力试验

制作一榀1/2比例的单跨两层的框架模型,框架由钢筋混凝土(RC)梁和T形截面钢骨混凝土(SRC)异形柱组成。采用拟动力试验方法,通过对框架施加不同峰值加速度的El Centro地震波,研究框架模型的地震响应、耗能等抗震性能。试验结果表明:地震引起的结构损伤主要集中于钢筋混凝土框架梁端部;楼盖处的动力系数介于1.08~2.25之间;框架最大层间位移角满足规范限值的要求;在经历峰值加速度为1 000 cm/s2的地震波作用后,框架抗侧刚度降低了约6%;SRC异形柱框架具有良好的抗震性能,其具备应用于高烈度地震区的可行性。     

套建增层预应力型钢混凝土组合框架罕遇地震下抗倒塌性能分析

目的研究罕遇地震作用下套建增层预应力型钢混凝土组合框架在不同抗震设防区和场地土下的倒塌规律,以提高套建增层组合框架结构的抗倒塌能力.方法采用IDARC平面分析程序对一榀单层单跨预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架开展滞回性能全过程分析,并与试验结果对比,验证所建数值模型的可靠性,在此基础上建立单跨多层结构形式的套建增层组合框架数值模型,并开展罕遇地震作用下弹塑性时程分析.结果随着套建增层组合框架底层柱高度的增加和增层层数的增多,底层柱损伤呈降低的趋势;同时依据套建增层组合框架底层层高和增层层数,得到了8度和7度抗震设防区下,I、II、III类场地土上套建增层组合框架的倒塌范围.结论倒塌的套建增层组合框架均表现为底层出现层间铰的倒塌机制,依据现行规范对倒塌的套建增层组合框架提高一个抗震等级后均可避免其发生倒塌破坏,可为相关工程设计提供参考.     

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.     

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。     

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.     

组合框架-核心筒结构地震反应初步规律研究

对外部由钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁组成的组合框架,内部为RC核心筒的305个组合框架-核心筒结构进行了弹性地震反应的参数分析,初步探讨了外框架梁、柱截面、核心筒厚度及楼层数变化对结构变形性能和外框架剪力的影响规律.研究了结构刚度特征值对最大层间位移角位置和外框架楼层最大剪力位置的影响规律.结果表明:对于该结构模型,...     

基于OpenSees的钢筋混凝土平面框架抗连续倒塌能力分析

采用Pushdown方法对移除柱后的钢筋混凝土平面框架进行抗连续倒塌能力分析.探究楼层层数对结构抗连续倒塌承载力的影响以及移柱后结构的空腹桁架效应,同时提出一种计算移柱后钢筋混凝土框架结构体系可靠度的方法.通过对约束梁、单层平面框架和多层平面框架的拟静力试验进行模拟,验证基于OpenSees建立的有限元模型的正确性.分别对2层、4层、6层及8层的4跨钢筋混凝土平面框架进行分析,得到其Pushdown曲线及框架梁轴力曲线,通过Pushdown曲线计算承载力放大系数,利用框架梁钢筋应变的相对大小设定框架梁层间相关性.结果表明:随着楼层的增加,单层平均承载力降低,结构体系连续倒塌概率增大.     

底框多层砌体结构地震破坏过程仿真及分析

为了更好地研究该结构体系的震害规律,分析结构破坏机理以及抗地震倒塌能力,运用LS-DYNA软件对底框多层砌体结构进行了由损伤至倒塌破坏的全过程的模拟.研究结果表明:底层结构破坏,造成上部结构失稳,最终导致结构整体的倒塌,仿真结果和真实倒塌过程吻合较好.该成果利用模拟的可视化再现地震时建筑结构的倒塌过程,确定建筑结构的薄弱环节,对建筑结构抗震设计具有一定的指导意义.     

抗震设计对结构抗连续倒塌的影响分析

地震作用是影响结构连续倒塌的重要因素,首先分析了地震作用的特点,比较了抗震设计和抗连续倒塌设计的要求及方法,进而为考虑抗震设防烈度对结构抗连续倒塌能力的影响,建立了非抗震和抗震设防烈度分别为6度(0.05g)、7度(0.1g)、8度(0.2g)的4个典型四层框架,依据GSA准则采用静力线性方法分析了结构在底层柱破坏下的抗连续倒塌能力。计算结果表明,6度和7度抗震设防结构抗连续倒塌能力相对非抗震结构提高不大,8度设防结构的抗连续倒塌能力较好。     

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.     

从汶川地震分析填充墙对结构整体抗震能力影响

通过汶川地震都江堰市建筑震害考察发现,结构中填充墙破坏十分普遍,为此首先总结和讨论了填充墙的几种常见破坏形式及一些典型的填充墙框架失效机理;其次,通过设计例题分析灾区常见的3种形式的框架填充墙结构,并结合结构实际震害特点与相关研究,重点分析了填充墙对结构提高整体抗震能力的作用和影响.研究结果表明,填充墙能够增加结构的整体承载能力,增加结构的抗侧刚度,提高结构整体的变形能力;但填充墙刚度效应在地震作用下容易引起薄弱层破坏和扭转破坏,填充墙的约束效应产生短柱破坏,使结构严重受损甚至出现倒塌.由于填充墙多为脆性材料,一般要先于结构构件发生破坏,从而吸收地震能量,建议以填充墙作为第一道防线的结构整体抗震设计思想.     

高层装配式剪力墙结构地震损伤性能评估

基于混凝土剪力墙结构的地震损伤性能评估标准,并结合振动台试验研究中高层装配式剪力墙结构的不同地震响应,评估其地震损伤性能。根据地震波作用下结构主要抗侧力构件即预制剪力墙/现浇连接部位和耗能构件即叠合连梁的裂缝发生发展规律、破坏形态及地震响应,将其地震破坏等级划分为6级,给出相应的结构性能水平,并基于改进的Park-Ang双参数损伤模型,在不同加速度峰值时由各楼层的损伤指数求得结构的损伤指数;最终提出整体结构基于层间位移角和损伤指数的2类性能量化指标,以评价结构在地震作用下的性能状态。研究结果表明:各楼层位移损伤和滞回耗能损伤的相对比例可以反映结构在弹性和塑性状态下不同的损伤机理;基于层间位移角和结构损伤指数的性能量化指标可以有效评价高层装配式剪力墙结构的不同性能水平。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能影响参数分析(Ⅰ)

为研究不同参数对高强钢组合K形偏心支撑框架结构在罕遇地震作用下的受力性能和变形能力的影响,对6种不同长度的耗能梁段的高强钢组合K形偏心支撑框架结构(耗能梁段为Q345钢,框架梁柱及支撑为Q460钢)进行了非线性动力时程分析。研究了耗能梁段长度对结构的周期、层间位移角和楼层剪力、耗能梁段受力及变形、框架柱弯矩和轴力的影响。结果表明:耗能梁段长度对结构的楼层剪力和框架柱的弯矩影响很小,对结构层间位移角、耗能梁段转角、耗能梁段剪力、支撑跨框架柱轴力的影响较大。层间位移角和耗能梁段转角随耗能梁段长度的增加而增大,耗能梁段剪力和支撑跨框架柱轴力随耗能梁段长度的增加而减小。当耗能梁段长度超过某一数值时,层间位移角迅速增大,对抗震不利。耗能梁段长度取(0.926～1.285)M_p/V_p较为合理。