独立式窑洞在地震作用下损伤指标的分析

定量地评估结构在地震作用下的损伤是地震工程领域的研究重点,增量动力分析方法已被广泛用于建筑结构地震易损性评估,而结构损伤指标是定量评估结构损伤情况的重要参数。山西北部农村地区的独立式土坯窑洞是一种拱受力结构体系,为研究拱结构在地震作用下的破坏特征并确立结构损伤指标,结合实际震害与数值模拟试验,分析了窑洞结构在地震作用下的破坏特征,对比了窑洞结构的顶点水平位移和拱顶竖向位移在不同地震动峰值加速度下与结构损伤情况的对应关系,发现窑洞拱顶竖向位移与窑洞拱矢高比作为窑洞损伤指标较为合理。     

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。     

考虑非线性影响的下承式钢拱桥地震响应

 为研究下承式钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理,结合徐州京杭运河大桥工程,采用考虑非线性的计算方法,分析了下承式钢拱桥在强震作用下的地震响应和损伤情况。结果表明,下承式钢拱桥具有良好的抗震性能,在强震作用下损伤程度不明显;在考虑几何非线性与材料非线性条件下,拱顶面外弯矩显著增大;考虑非线性对结构横向振动与竖向振动位移响应的影响基本一致;下承式钢拱桥在拱脚、风撑端部及拱肋容易发生损伤;风撑作为连接构件是横向地震作用下的薄弱环节,在地震高烈度地区设计该类桥梁时,对上述薄弱环节应予以重视。     

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。     

多维地震作用下高柔结构的地震响应

研究了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下高柔结构的地震响应.推导了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下的动力方程,方程中考虑了摇摆地震动导致的基础转角位移产生的附加重力二阶效应,并探讨了竖向地震作用对重力二阶效应的影响.以某210 m高的电视塔结构为原型,进行了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下的缩尺模型振动台试验.理论与试验结果对比表明:振动台试验结果与推导的动力方程理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的合理性和准确性;竖向地震动不仅会引起常规的重力二阶效应的变化,对摇摆倾斜位移引起的附加重力二阶效应也有较大的影响;在水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下,结构的动力响应与单一的水平地震作用相比,不仅几何刚度随时间变化,而且会导致较大的不对称的位移响应,使得原本满足水平地震作用下抗震需求的结构可能发生破坏甚至倒塌.     

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.     

RC框架结构基于构件损伤的抗震性能评估研究

首先根据钢筋混凝土柱的拟静力试验结果,探讨王东升的修正Park-Ang模型的适用性;然后基于构件层次的结构损伤指标为地震需求参数,对钢筋混凝土框架结构进行了基于IDA的易损性分析,并结合基于最大层间位移角的分析结果,探讨了结构基于损伤的抗震性能评估方法的可行性.结果表明:王东升提出的修正Park-Ang模型考虑了加载路径的影响,能较准确地反映首次超越破坏后累积损伤的发展过程,且总体上判别试件损伤状态的准确性相对较高;基于损伤的IDA能较好地反映整体结构及局部的损伤发展过程、结构的失效破坏机制,能准确地判别结构的薄弱环节,但结构损伤指标会产生超出1.0的情况,不能很好地体现损伤指标原始定义的基本含义;相较结构基于最大层间位移角的抗震性能评估结果,基于结构损伤的抗震性能评估方法综合考虑了结构的响应与自身的能力,更全面地评估了结构的性能水准,能预测结构在不同地震强度下各性能状态的失效概率.     

钢筋混凝土框筒结构振动台试验研究

本文通过几何比例为1：20的15层钢筋混凝土框筒结构的一系列振动台试验，分析了框筒结构的自振频率和振型的变化规律，研究了在单向(水平或竖向)和双向(水平与竖向)地震作用下的框筒结构的动力反应及其破坏饥理，着重探讨了竖向地震对框筒结构地震反应的影响．实验结果表明，在弹性范围内，框筒结构在水平和竖向地震波作用下，当水平地震波保持不变时，结构的竖向加速度反应随竖向地震波量级的增大而增大，而水平位移和水平加速度反应保持不变．竖向地震是引起结构破坏的主要因素之一，因此在设计时应考虑竖向地震的作用．     

考虑轴压比影响的钢筋混凝土圆形桥墩位移角地震损伤指标研究

桥墩的抗震性能对于整个桥梁而言具有举足轻重的作用,对其损伤状态进行合理评估是桥梁地震损伤评估的一个关键问题。首先,选取桥墩位移角作为桥墩地震损伤的评估指标,通过对来自不同试验数据库的混凝土圆形桥墩抗震试验数据的统计分析和分布拟合,确定不同损伤状态下的桥墩位移角限值。其次,考虑轴压比的影响,对桥墩位移角损伤指标进行修正。最后,选取高烈度地区具有代表性的桥墩进行循环荷载下的抗震性能数值模拟,并采用未用于统计分析的试验结果,对所给出的桥墩位移角损伤指标取值进行验证。结果表明:所提出的混凝土圆形桥墩地震损伤评估指标合理,相比于其他非位移角指标,采用考虑轴压比修正的桥墩位移角作为评估指标可以方便且更合理地评价桥墩在地震中的损伤情况,为评估桥梁整体地震损伤状态提供依据。     

钢-混凝土试验模型结构地震损伤演化分析

为了研究地震作用下结构的损伤演化过程,对一3层钢-混凝土试验模型结构进行弹塑性分析.对经典Park-Ang双参数构件损伤模型进行了改进,并利用试验测试数据对损伤模型参数进行拟合.基于振动台试验测试数据对分析结果进行位移修正,并将修正后结果应用于改进模型中对结构进行损伤评估.结果表明,将修正后的结果应用到损伤模型中能够较好地反映结构的损伤程度,并能定量、连续地描述结构的损伤过程,可以对在地震作用下结构的构件和整个结构的抗震性能做出评估.     

基于多尺度模拟的网壳结构地震损伤过程分析

近年来突发事件作用下网壳结构的倒塌事故屡有发生,如何开展此类结构在地震作用下的抗倒塌机理研究已成为确保工程结构安全的重要课题之一。为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,以网壳结构为研究对象,基于结构多尺度模型,模拟网壳结构地震作用下损伤演化的全过程。计算结果表明:多尺度损伤模型能够兼顾结构整体上的线弹性响应和局部易损部位上的塑性损伤特征,从而更有效地模拟结构的损伤破坏过程。     

考虑损伤累积效应的单层球面网壳动力稳定

为了揭示强震下单层网壳结构的动力失效机理,从考虑材料损伤累积效应的角度出发,基于塑性应变和能量损耗理论建立应变-损伤弹塑性本构关系,提出将B-R运动准则和杆件塑性应变能密度曲线结合起来,作为结构动力失稳的判断标准.应用动态增量(IDA)法,对一Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行地震作用下动力稳定分析,得出考虑材料损伤累积效应将显著降低结构的动力稳定临界荷载等结论,为该类结构震后修复和抗震性能的评估提供依据.     

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定，采用增量动力分析方法，提出改进损伤指标参数，对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比，定量分析桥梁结构损伤程度.首先，建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型，使用增量动力分析方法，进行大跨度桥梁2 100次非线性时程分析；然后，以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象，选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值；最后，根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率，为桥梁抗震提供参考意见.     

罕遇地震作用下基础隔震结构损伤的简化分析

以一榀具有集中塑性铰单元模型的基础隔震钢框架为模型,分别采用静力弹塑性分析方法（Push-over）和直接积分的动力弹塑性时程的方法,基于过程追踪,计算了隔震框架各损伤模式首次出现时的层间位移、隔震层位移及框架顶点位移,对比研究了基础隔震结构在地震作用下的损伤.结果表明：Push-over静力弹塑性分析方法可以作为基础隔震结构在地震作用下的结构损伤分析的简化方法;对应于性能点位移的结构动力弹塑性所分析的层间位移等均值结果与静力弹塑性分析结果具有一定的符合程度.     

昆明市城中村砌体结构地震易损性与疏散能力分析

为研究砌体结构在地震作用下的倒塌概率与人员疏散能力的关系,以一典型砌体结构居民楼为研究对象,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法,输入20条地震波对该结构进行分析,得到了地震作用下每层IDA曲线;同时采用FEMA 365评估标准估计该结构的抗震性能。根据砌体的最大层间允许位移及最大层间位移出现的时间,找出8度基本设防烈度地震和罕遇地震作用下各楼层的倒塌时间;并得出各楼层人员安全逃生的概率。分析结果表明:砌体结构首层倒塌概率最大,而顶层最小;当遭受8度罕遇地震作用时,无法满足"大震不倒"的设防目标;首层最先发生倒塌,顶层最后倒塌;位于低楼层的人员相比于高楼层的人员具有更大的逃生机会。     

地震强度指标定义的客观评价

文章提出了采用结构地震破损指数为依据,对地震强度指标定义有效性开展客观评价的建议。介绍了目前主要地震强度指标的定义,选择了一钢筋混凝土框架结构,输入１７条地震波,利用结构非线性动力分析进行了地震反应及破损的数值模拟。根据计算结果,探讨研究了结构地震破损与地震强度指标的相关性,揭示了客观评价地震强度指标定义的可能途径。     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

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.     

基于塑性损耗的超高层建筑结构抗震性能分析

基于能量分析原理提出了一个建筑结构的塑性损耗指标,即结构的塑性损耗能在总输入能中的比例,用来衡量建筑结构在地震载荷作用下的实际损伤程度.通过有限元软件ABAQUS运用非线性动力弹塑性分析方法分析了一个典型框架—核心筒超高层结构.计算了该结构在同一地震波不同地震强度下的塑性损耗指标、构件和层的塑性损耗能分配,以及在不同地震波同一地震强度下的塑性损耗指标、层塑性损耗能分配;模拟了该结构相应的损伤破坏分布情况.两种方法表征的结果趋势一致,表明结构的塑性损耗指标和塑性损耗能分配可用来衡量结构整体和局部塑性损伤破坏情况.