考虑残余变形的RC框架结构抗震性能评估

震后残余变形对于工程结构震后损伤和可修复性能的评价至关重要。首先,选取790条地震动记录对一个5层钢筋混凝土(RC) 框架结构进行增量动力分析,线性回归得出结构各损伤状态(性能水平)与残余层间位移角的量化关系;然后,分别对一个8层和一个11层RC框架结构进行增量动力分析,研究结构最大层间位移角和残余层间位移角两种损伤指标间的相关性;最后,对8层和11层结构分别进行基于两种损伤指标的地震易损性分析。分析结果表明：残余层间位移角与最大层间位移角具有较好的相关性;以最大层间位移角为结构损伤指标所得残余层间位移角无明显差异性,同样以残余层间位移角为结构损伤指标所得最大层间位移角也无明显差异性;以最大层间位移角和残余层间位移角为损伤控制指标,各损伤状态下50% 超越概率对应的谱加速度Sa(T1,5%)无明显偏差;以规范给出的最大层间位移角为损伤控制指标相对文章提出的残余层间位移角较为保守。因此,将残余层间位移角作为性能指标的研究对于基于层间位移角的震后结构性能评估是必要的。     

基于IDA方法的RC框架结构倒塌判定准则评估

以RC框架结构为研究对象,对其进行基于3种DM的IDA分析。采用SAP2000有限元软件进行大量的弹塑性时程分析,得到了相关指标的IDA曲线簇以及结构各层和整体的IDA曲线,以此对倒塌判定准则进行评估。结果表明:DM分别为残余层间位移角θr、最大层间位移角θ_(max)和层间位移角θ的IDA方法中,DM为残余层间位移角的IDA方法对结构倒塌的判定更偏于保守。     

基于损伤分析的RC少墙框架结构弹性层间位移角限值研究

现有研究及震害反映剪力墙在首层破坏最为严重。RC少墙框架结构中,剪力墙因墙少受力大首先破坏,框架次之。规范对此类结构弹性层间位移角限值的规定过于笼统,结构下部应该采取较上部更为严格的弹性层间位移角限值。若首层弹性层间位移角控制合理,能够实现底部剪力墙在可修复范围内破坏,而框架不进入弹塑性工作阶段。     

预期损伤部位采用FRC框架结构地震易损性分析

将具有优良应变-硬化性能和多细裂缝开展等特性的纤维增强混凝土(FRC)用于RC框架结构预期损伤部位以形成FRC框架结构,并将其划分为5个结构性能水准,确定与之对应的抗震性能目标。以加速度反应谱作为地震动强度指标,层间最大位移角和顶点位移角分别作为工程需求参数,对FRC框架结构和RC框架结构进行增量动力分析(IDA),确定结构需求函数;对FRC框架结构和RC框架结构进行静力推覆分析,确定各性能水准对应的量化指标限值;最后绘制其地震易损性曲线,分析结构对应的超越概率。结果表明:通过比较不同性能水准下FRC框架结构和RC框架结构的超越概率,应选取层间最大位移角作为工程需求参数;FRC框架结构倒塌能力中位值较大、不同性能水准下的超越概率较小,抗震能力较好。     

一致风险谱作用下RC框架结构响应预测及其设计值确定

基于一致风险谱的抗震设计，能够综合考虑地震危险性和结构易损性，使不同地区的结构在地震作用下实现同一目标倒塌风险。为了确定用于抗震设计的具有一致倒塌风险的风险导向地震动参数设计值和最大层间位移角设计值，以巨震和大震一致风险谱为目标谱选取地震动记录；采用比较点法对8层3跨RC框架结构的响应(最大层间位移角)进行了预测；基于优选的地震动记录对结构进行增量动力分析(IDA),采用小样本均值乘以修正系数的方法确定最大层间位移角设计值，并对最大层间位移角设计值与其预测值之间的关系进行了研究；在此基础上，基于IDA结果确定了风险导向谱加速度设计值。研究表明，基于巨震和大震一致风险谱对RC框架结构进行抗震设计，中位值IDA曲线上对应的最大层间位移角设计值分别为0.010和0.007,既满足50年倒塌概率1%的目标倒塌风险，也满足CECS 392:2021《建筑结构抗倒塌设计标准》中对RC框架结构在地震作用下不发生倒塌的层间位移角限值1/50的要求。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

基于构件变形的RC剪力墙结构#br# 地震抗倒塌准则对比研究

为确定一种能够较为真实地反映RC剪力墙结构接近倒塌状态的抗倒塌判定准则,该文分别从材料、构件和结构层次选取4种具有代表性的抗倒塌准则(弹塑性层间位移角准则、第一竖向构件失效准则、材料应变准则和结构动力失稳准则)进行对比分析。在不考虑结构的扭转效应前提下,以RC构件变形指标限值为墙肢损坏程度的衡量标准,采用基于IDA的倒塌易损性分析方法对11个典型RC剪力墙结构(考虑不同设防烈度、特征周期和结构高度)进行评估,研究各准则的控制严格程度、倒塌概率、CMR随结构参数变化规律以及墙肢实际性能状态等。研究结果表明：第一竖向构件失效准则可合理地判别RC剪力墙结构的临界倒塌状态,具有合适的控制严格程度。     

基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构设计方法研究

为解决大震后传统防屈曲支撑-框架结构残余位移较大和修复难度大、成本高等问题，基于抗震韧性的思想，对传统防屈曲支撑-框架结构进行优化设计，提出功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系的设计方法，提升建筑的抗震能力和震后可修复性。以实际工程为例，采用传统防屈曲支撑-框架结构和基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构对其进行抗震设计，对比分析了两种方案的结构抗震性能和抗倒塌易损性。结果表明：大震下传统防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/15,超过《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)中建议的可修复范围限值1/200;功能可恢复防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/207,处于可修复范围，且倒塌概率远低于10%,具有良好的抗倒塌能力。功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系对于实现建筑震后快速修复或继续使用具有良好的可行性。     

基于增量动力分析方法的空间掉层框架结构的抗地震倒塌能力研究

参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计了7度(0. 10g)区非掉层框架以及掉层框架原型结构,并采用PERFORM-3D软件对相应的平面和空间模型10个算例进行对比分析。基于增量动力分析方法对非掉层框架和掉层框架结构进行了抗地震倒塌能力研究。按照FEMA 350倒塌判定准则对比了两种模型的倒塌易损性曲线规律,同时考察了各算例的抗倒塌安全储备系数,统计了结构的各层间峰值位移角、倒塌模式及倒塌概率。分析结果表明:1)对于第一种倒塌极限状态,在平面模型中,非掉层框架结构安全储备系数值小于掉层框架结构,而在空间模型中则相反; 2)在第二种倒塌极限状态下,非掉层框架结构的抗地震倒塌能力远远弱于掉层框架结构,而且在此极限状态下结构的抗地震倒塌能力、倒塌概率以及倒塌模式都与地震动的输入方向有关; 3)地震动方向对掉层框架结构的抗地震倒塌能力及相应的安全储备影响较大,双向地震作用下,结构可能出现不同于平面模型和单向地震作用下的新倒塌模式,抗地震倒塌安全储备更小。     

面内往复荷载作用下足尺砌体填充墙的易损性研究

为了研究钢筋混凝土(RC)框架结构中砌体填充墙的地震易损性，进行了6个足尺含填充墙RC框架试件的面内往复加载试验。各试件中RC框架的设计参数均相同，其中3个试件含普通黏土砖填充墙，另外3个试件含水泥空心砌块填充墙。试验过程中，记录了砌体填充墙的损伤发展过程，并以墙体裂缝宽度和破碎坠落现象作为损伤指标，定义了“明显破坏”、“严重破坏”和“危及安全”等3个损伤状态。在此基础上，以层间位移角作为工程需求参数，建立了普通黏土砖和水泥空心砌块填充墙的易损性曲线。易损性分析结果表明，当试件的面内侧向变形达到GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的框架结构弹性层间位移角限值时，黏土砖和空心砌块填充墙均极有可能达到或超越“明显破坏”状态，且空心砌块填充墙尚有22%的概率达到或超越“严重破坏”状态。与黏土砖填充墙相比，水泥空心砌块填充墙的易损性参数具有更大的离散性，且其整体性更差，当侧向变形较大时会出现破碎砌块坠落的现象。根据试验结果，给出了砌体墙最大残余裂缝宽度、最大裂缝宽度和层间位移角之间的近似相关关系。     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

多层多跨钢筋混凝土平面框架拟静力倒塌试验研究#br#

建筑结构的破坏具有离散性和系统性的特点,该特性决定结构抗地震倒塌的研究需多参数、多层次考虑问题。文章结合结构地震倒塌破坏模式的研究,完成了三榀钢筋混凝土平面框架的低周反复荷载试验,通过对模型框架破坏过程、破坏形态、滞回耗能及刚度退化的分析,探讨轴压比和梁柱线刚度比对RC框架结构抗震性能的影响,以期为后续结构地震倒塌破坏机理的研究提供参考。分析结果表明：降低结构的竖向荷载和梁柱线刚度比,有利于梁端塑性铰的充分发育,从而更易实现理想的“梁铰”破坏机制;试验框架的最终破坏是由底层柱下端塑性铰充分发育后、混凝土突然压溃所致,底层构件的耗能能力得到充分发挥,而中间层构件和顶层构件所耗散的能量较少;KJ-2的峰值荷载及极限荷载比KJ-1的峰值荷载及极限荷载分别大约9.9%和8.7%、等效黏滞阻尼系数比KJ-1大约16.5%,但位移延性系数比KJ-1小约57.1%,说明增大结构的竖向荷载可以提高其承载能力及耗能能力,但会降低延性及变形能力,同时,一定程度地增大竖向荷载,有利于强化结构的初始抗侧刚度,延缓刚度退化趋势,但在层间位移角较大情况下P-Δ效应的影响凸显;结构梁柱线刚度比的增大可以提高其耗能能力,但会降低结构的承载能力、延性及初始抗侧刚度;对于轴压比及梁柱线刚度比较小的“梁铰”结构,临近倒塌时的层间位移角可达1/25,此时结构仍具有一定的竖向承载能力。     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

钢筋混凝土框架结构基于时变的抗震性能研究

钢筋混凝土结构在使用过程中由于钢筋锈蚀抗震性能退化。为了研究钢筋混凝土框架结构在正常使用环境下随使用时间的增加其抗震性能的退化规律,采用通用有限元分析软件ABAQUS对锈蚀钢筋混凝土框架进行多尺度建模以提高计算精度并保证计算效率。基于锈蚀钢筋混凝土构件及单榀框架的试验数据,验证了多尺度建模方法的正确性。采用多尺度模型对4层钢筋混凝土框架结构进行了静力推覆分析及弹塑性时程分析,对比不同使用时间的钢筋混凝土框架结构的地震反应和损伤情况。结果表明：当使用时间为25a时,结构的抗震性能与新建结构接近;当使用时间超过50a时,随着使用时间的增加,结构的承载能力及刚度退化明显,在地震作用下的位移响应逐渐增大,地震损伤范围不断扩大;相比新建结构,当使用时间为50、75a和100a时,结构的抗侧承载力分别降低了6.2%、14.1%及18.1%,罕遇地震作用下的最大层间位移角分别增大了9.2%、19.8%及25.1%。     

考虑结构整体特性的钢筋混凝土框架震后残余侧移响应研究

为了研究钢筋混凝土框架结构震后残余位移及结构整体特性对其影响,首先对3个楼层数不同的钢筋混凝土平面框架结构进行静力推覆分析,得到结构第一模态推覆曲线及相应等效三线形推覆曲线,进而基于等效推覆曲线获得结构整体的屈服后刚度比和下降段刚度比。其次,通过对钢筋混凝土平面框架结构在3个地震动强度水平、22条地震动记录输入下的弹塑性时程分析,分别计算得到最大层间位移角和最大残余层间位移角的平均值、标准差和变异系数,并分析结构整体特性如结构基本自振周期、屈服后刚度比、下降段刚度比等对最大层间位移角和最大残余层间位移角的影响,以及最大层间位移角和最大残余层间位移角之间的相关性。结果表明,最大层间位移角和最大残余层间位移角受结构基本自振周期影响明显,同一地震动强度水平下,两者均随结构基本自振周期的增大而增大。随着结构屈服后刚度比的增大和下降段刚度比绝对值的增大,最大残余层间位移角也增大,其离散性也随之变大。与上部楼层相比,高强度水平地震动下非线性发展较为充分的结构下部楼层的最大层间位移角和最大残余层间位移角的相关性较好。     

Collapse safety margin and seismic loss assessment of RC frames with equal material cost

With the premise of equal material cost, a collapse safety margin‐based collapse resistance optimization strategy for passively controlled reinforced concrete (RC) frames is proposed based on seismic fragility analysis, collapse safety margin analysis, and seismic hazard loss assessment. The efficiency of introducing buckling restrained braces or lead–rubber bearings on the performance of RC frames is studied by so‐called collapse margin ratio (CMR) suggested by FEMA P695 and the modified rigidity‐to‐gravity ratio (RGR). The proposed strategy is developed from the case study on 4 low‐rise and medium‐rise RC frames and then verified on a high‐rise RC frame. The study indicates that lead–rubber bearings can cause a significant improvement at all damage levels. The contribution of buckling restrained braces to structural stiffness and collapse resistance can be maximized when they are located in potential weak stories determined through inelastic time history analysis. CMR exhibits a better linear relation with the minimum modified RGR. Increasing the equivalent story lateral stiffness and the minimum modified RGR simultaneously can give rise to a significant improvement in seismic capacity, especially CMR. Base isolation is proved to be desirable not only for improving the collapse safety margin of RC frames significantly but also for reducing seismic hazard loss.     

钢筋混凝土框架结构层间位移与构件变形关系研究

基于课题组已完成的钢筋混凝土3层3跨平面框架低周反复加载试验，以边(中)节点区域作为重点研究对象，分析了梁柱组合体中各种非线性局部变形引起的侧移在结构总层间变形中所占比例的变化规律。在此基础上，建立了构件局部变形与结构层间位移的转换关系。研究结果表明：对于发生“梁铰”破坏机制的框架结构，梁端转动对节点剪切变形的影响大于柱端转动，梁柱组合体作为整体共同承担结构的塑性变形；当结构整体位移角满足相应性能水平限值时，局部构件的变形仍有可能超限，简单利用单个构件的变形代表结构整体的变形是不合理的；对于破坏形式为“梁端弯曲破坏”的框架子结构，随着损伤加剧结构进入非弹性阶段后，梁变形成为层间位移的主要成分，柱变形引起的层间位移所占比例次之，节点剪切变形引起的层间位移所占比例最小；通过弹性理论分析，在塑性阶段引入塑性折减系数，推导建立的构件局部变形与结构层间位移转换关系式具有相对较高的精度，计算结果与试验实测数据基本吻合。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。