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.     

砖砌体房屋地震破坏机理分析

文章根据汶川地震及以往地震中砖砌体房屋破坏的情况,详细分析了多层砖砌体房屋、空旷砖砌体房屋及单层砖砌体厂房的结构特点、震害破坏形式及其破坏机理。通过分析,使设计人员能够深入了解不同结构体系存在的薄弱环节,针对性地采取相应的抗震措施。     

汶川地震对村镇建筑地基破坏模式分析

“5.12”汶川8级大地震,摧毁了村镇大批建筑物,造成了大批的人员伤亡,引发了大量的次生地质灾害,如崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等.在汶川地区地质构造背景条件下,结合野外次生地质灾害和现场房屋震害的详细调研,从地震响应和破坏机理人手,分析了地震对村镇建筑地基破坏程度的影响因素,总结了汶川地震中村镇房屋建筑和地基的主要破坏模式;基于土-结构动力相互作用的理念提出了基于刚性地基和柔性地基基础分类的地震震害预防和缓解措施;同时从经济可行性的角度提出乡镇和城区分型而治、分区预防的系统构想.     

震区行的感受

通过对5.12汶川地震区都江堰和映秀镇的走访,根据一般建筑特别是新建建筑在地震中的表现情况,说明了对按现行国家标准建造的房屋抗震安全性是可以得到保证的。     

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.     

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.     

强震作用下混凝土框架结构的地震失效模式

汶川地震之后通过大量的震害调查发现,许多按照抗震规范"强柱弱梁"准则设计的钢筋混凝土框架结构并没有出现预期的"全梁铰式"理想失效模式。采用20条地震动记录作为输入来考虑地震动的不确定性,基于OpenSees分别对钢筋混凝土结构进行地震动相同、峰值加速度不同和地震动不同、峰值加速度相同两种工况下的结构失效模式分析,分析了地震动不确定性对结构失效模式的影响。给出了按中国规范设计的钢筋混凝土框架结构在大震、巨震作用下的失效模式。     

对汶川地震中两种典型倒塌模式的设计反思

通过对5.12汶川大地震中楼盖、屋盖失效及底部楼层墙柱剪切失效造成房屋倒塌的两种破坏模式的分析,说明建筑物的整体性、延性、多道防线是抗震核心;摈弃装配式楼板,限制装配整体式楼板,发展现浇整体式楼板为当务之急;在房屋加强整体性能和变形能力的同时,适当设置底部约束加强层或采取增大基底阻尼的隔震处理,对地面运动传递或衰减意义明显,是防止第二类倒塌的有效措施.     

基于Benchmark模型的拆除构件法分析

为确定结构最不利失效柱位置,以9层Benchmark模型为研究对象,采用拆除构件法进行模型底层各柱分别失效影响的动力分析,并与静力分析结果进行对比。分析结果表明:框架柱失效时间越短,结构失效点的位移响应越大;结构的最不利失效柱位置为结构的边柱;柱的失效使梁的传力模式发生改变,梁由受弯传力变为悬链线式受拉传力;柱的失效同时使与之相连的节点受力状态发生了改变,节点由承受支座负弯矩变为承受拉弯共同作用。     

复合内力共同作用下平面杆系的失效评估

定义了平面杆系中的失效评估杆元以及该杆元的正则杆端弯矩和正则轴力,据此引入了杆件失效包络图、工作状态图以及杆件失效指标,进而定义了平面杆系结构失效包络图、结构工作状态图. 又据该图中反映杆元状态的点群的分布情况,分别从概率分布、加权平均和最大值的角度定义了三种结构整体失效指标. 利用本方法分析了一个三跨六层框架,计算了该框架在多种荷载、梁柱线刚度比以及失效评估杆元划分密度下的各种失效指标.     

汶川地震中都江堰市多龄期建筑震害特征

依据汶川地震中都江堰市2000余栋建筑的震害调研结果,综合考虑结构类型、设计规范体系和性能退化等影响结构抗震能力的因素,对该市多龄期建筑的震害特征进行了统计分析.在统计都江堰市建筑构成情况的前提下,对不同结构类型、不同用途和不同建成年代建筑的震害特征进行了分析,并引入平均震害指数着重研究结构形式及龄期对结构抗震能力的影响.研究结果表明,2000年后多层砌体结构抗震性能显著提高;由于非结构构件抗震性能影响,2000年后框架结构震害大于多层砌体和底框结构.研究可为评估城市不同龄期建筑的抗震能力以及了解城市整体的抗震设防水平提供依据.     

都江堰市多龄期建筑楼梯间震害研究

根据汶川地震中都江堰市建筑震害调查结果,对城市多龄期建筑楼梯间的典型震害进行了统计分析.给出了楼梯间震害的破坏等级划分标准,并按标准对都江堰市楼梯间的典型震害进行分类,在此基础上统计分析了该市楼梯间的震害情况,同时从设计规范、施工水平和施工缝留置3个方面对汶川地震中楼梯间震害原因进行了分析.结果表明:都江堰市多层砌体结构建筑楼梯间震害较其他结构类型破坏严重,毁坏比例达7.6%;不同龄期建筑中,2000年后建成并按新抗震规范设计的建筑,楼梯间震害较轻;由施工缝引起的楼梯间震害较为普遍,但正常施工的楼梯间震害较轻.     

汶川地震都江堰市建筑震害空间分布及影响因素

根据都江堰市建筑震害调查结果,考虑城市空间演进及地震动作用空间差异影响,研究了汶川地震都江堰市建筑震害空间分布规律及其成因.首先,根据都江堰市城市区划及震害特点,空间上将沿远离山体方向划分为内环和外环两部分;然后,考虑抗震设计规范体系演进对城市震害的空间分布影响将建筑按照典型建设时期分类,对比研究了各时期建筑的震害在空间上的分布;最后,分析了城市空间演进、地形条件、场地条件以及与断层破裂距离等因素对震害空间分布的影响.研究发现,城市建筑的空间演进是影响震害空间分布的主要因素,都江堰市早期建筑平均震害指数最大可达新建建筑的6.5倍;地震动作用的空间差异也是影响震害空间分布的重要原因,内环区域的平均震害指数可达外环的1.88倍.该研究为未来的建筑结构抗震设计以及震害预测提供了参考依据.     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

顺层岩质边坡变形破坏特征及稳定性数值模拟

针对顺层岩质边坡岩层结构面倾角θ和边坡角α两个参数,采用离散单元法研究了不同工况下总计270个边坡模型的变形破坏特征,统计得到不同变形破坏模式对应的岩层结构面倾角θ与边坡角α的范围,并基于强度折减法研究了两个参数与边坡稳定性的关系,揭示了顺层岩质边坡变形破坏机制及稳定性特征. 研究结果表明:依据边坡变形破坏特征,提出了四种顺层岩质边坡变形破坏模式,即坡脚沿岩层结构面的滑移-剪切破坏,坡顶沿岩层结构面的滑动-剪切破坏,岩层下缘弯曲-剪切破坏,以及岩层上缘翻折-拉裂破坏. 在此基础上,分析并归纳了这四种模式的产状、变形特征以及可能的破坏模式等一般规律. 边坡安全系数fs随结构面倾角θ的增大先减小后增大,在减小过程中达到最小值后迅速上升,然后变缓回落.边坡安全系数fs随结构面倾角θ变化过程中,当θ约等于α-7. 3°时,fs取得最小值,此时对应的边坡稳定性最差.     

建筑物重要性标定方法的研究

在分析我国抗震设计规范、建筑物重要性分类及相应设防标准的发展演变过程,总结国外抗震规范关于建筑重要性分类及相应的抗震设防方法的基础上,探讨建筑物重要性标定方法的不足之处．提出了在考虑地震环境影响的同时,对不同重要性类别的建筑应采用调整设计基准期的方法来提高或降低其设防标准的观点。     

航天机构潜在故障模式与故障机理分析

空间环境效应、制造加工质量以及所承受的工作载荷是诱发航天机构在轨服役过程中潜在故障的影响因素,对其服役寿命和可靠性将产生重要的影响。因此,开展航天机构潜在故障模式与故障机理分析具有重要科学意义和工程价值。本文对航天机构潜在故障的成因、故障模式、故障机理与影响因素之间的关系以及故障的种类进行了论述,梳理了3类15种可能引发航天机构潜在故障的因素,指出由润滑失效引起的摩擦磨损和载荷作用引起的疲劳失效是导致航天机构潜在故障的两个重要原因,并提出了故障机理的分析程序和方法。     

方钢管混凝土柱钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.