钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

本文以一榀7层的钢筋混凝土框架结构为分析对象,采用SAP2000建立有限元模型,选取非线性Nlink单元来模拟梁和柱两端的塑性角,其中柱铰单元采用纤维PMM铰,梁铰单元设置弯矩铰。分别指定最大层间位移角和最大顶点位移角作为结构地震需求参数,并定义了相应的破坏状态。输入8条地震动记录进行结构地震易损性分析,得到了相应的易损性曲线。该方法可为结构的抗震性能评价提供参考。     

山地掉层RC框架结构振动台试验研究

为研究具有不等高基础约束的山地掉层框架结构的地震响应特征和破坏机理,及其与等高基础约束的典型框架结构的差异,设计和制作了总层数均为6层的1/8缩尺掉层RC框架结构和典型RC框架结构模型。通过振动台试验,对两者不同地震强度时的试验宏观现象及动力特性、加速度响应、位移响应、层间位移角等进行对比研究。试验分析表明：掉层RC框架结构的振型曲线及顺坡向的变形特征与典型框架结构不同,掉层RC框架顺坡向的整体变形并非剪切型,且有明显的扭转效应;掉层框架结构的破坏形式不同于典型框架结构,典型框架最终表现为部分楼层屈服机制,而掉层框架的柱铰最先出现于上接地柱端,随地震强度的增大,柱端塑性铰向掉层部分转移,掉层接地角柱底部损伤增加显著,结构在罕遇地震及更高强度的地震作用下能保证较好的整体性,但上接地柱破坏较严重。     

柱端弯矩放大系数对“强柱弱梁”实现的影响

为探究柱端弯矩放大系数对实现"强柱弱梁"的影响,本文采用ABAQUS有限元软件,建立了不同柱端放大系数的9个钢筋混凝土(RC)框架结构梁杆单元模型,通过动力弹塑性分析,分析了不同弯矩放大系数下结构层间位移角和塑性铰的变化与分布情况。结果表明:随着柱端弯矩增大系数ηc的增大,最大层间位移角显著降低,但ηc达到一定值时变化趋于平稳;柱端弯矩系数的增大改变了梁柱节点的破坏形态,不同节点和不同楼层实现"强柱弱梁"破坏形式的难易程度不同,角节点和地震动方向上的边节点较中柱所在节点和与地震动垂直方向的边节点容易产生强柱弱梁型节点,顶层较底层和中间层容易产生强柱弱梁型节点。结果可供RC框架结构抗震设计参考。     

地震波特性对形状记忆合金自复位支撑框架响应影响

地震作用下屈曲约束支撑框架具有较好的消能减震效果,但是支撑进入塑性后残余变形较大,影响了框架震后可修复。将形状记忆合金(SMA)与屈曲约束支撑(BRB)组合,形成了SMA自复位屈曲约束支撑(SMA-SCBRB)。为了对比普通屈曲约束支撑(BRB框架)和SMA自复位屈曲约束支撑框架(SMA-SCBRB框架)的动力特性,基于已开展的足尺振动台试验模型,选用了6条近场地震波和4条远场地震波作为地震动输入,对比两类框架的动力反应。结果表明:BRB框架结构具有较好的消能减震效果,近场地震波作用下,BRB框架的顶点位移、顶点残余位移、层间位移角和层间残余位移角均大于远场地震波作用下的结构反应;将框架中的BRB按照"等屈服力原则"替换为SMA-SCBRB,近场和远场地震波作用下BRB框架和SMA-SCBRB框架有着相近的顶点位移和层间位移角,能够保证SMA-SCBRB通过轴向变形充分耗能;BRB框架具有较大的顶点残余位移和层间残余位移角,近场地震波作用下残余变形更大;而相应的SMA-SCBRB框架的残余变形降低,特别是下部楼层降低得更为显著,且SMA-SCBRB框架各层的层间残余位移角相近,对结构震后修复更为有利。     

SRC-RC竖向混合框架结构静力弹塑性分析

通过对9个8层和12层竖向混合框架模型的静力弹塑性分析,研究竖向转换层所处位置对结构受力性能的影响,给出转换层所在层数与结构总层数的合理比值。通过分析SRC-RC竖向混合框架结构的基底剪力与顶点侧移曲线、极限层间位移角及塑性铰分布,探讨SRC-RC竖向混合框架结构的抗震性能。     

加腋钢框架结构的静力弹塑性性能研究

运用SAP2000对普通钢框架和对其进行加腋后的框架进行Pushover分析,得出两类钢框架在多遇和罕遏地震作用下性能点的基底剪力和顶点位移,然后分别以第一次Pushover分析得到的性能点的顶点位移为监测位移再进行Pushover分析,得到多遇和罕遇地震作用下两类钢框架的层位移、层间位移角和各杆件的塑性铰数量及塑性铰出现的顺序。分析结果表明：加腋后钢框架在多遇和罕遇地震下的层位移减小;加腋措施使得钢框架在多遇地震下的层间位移角有减小的趋势,而在罕遏地震下的层间位移角有增大的趋势,但这种影响的幅度不大;加腋措施显著地改善了钢框架在罕遇地震下结构杆件出现的塑性铰数量和塑性铰顺序;加腋后的首层柱底达到极限承载力,为薄弱构件,加腋设计时需要注意。     

翼墙-框架结构振动台试验研究及有限元分析

为研究翼墙-框架结构在地震作用下的抗震性能和加固效果,进行了一个缩尺比为1∶4的翼墙-框架结构模型振动台试验,得到了结构在烈度为7度的多遇、设防和罕遇地震以及8度、9度地震动作用下的动力特性、动力反应和宏观破坏模式。研究表明:翼墙根部首先受到往复拉压破坏,框架柱得到有效保护,实现了多道抗震防线的目的;梁端出现大量裂缝,基本实现了"强柱弱梁"屈服机制,而纯框架数值模型则呈现典型的柱铰破坏机制;纯框架模型的底层层间位移角显著大于上部各楼层,翼墙-框架模型各楼层的层间位移角大小基本一致,层屈服机制得到有效避免。     

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.     

云南某工程购物中心南区Pushover静力弹塑性分析

采用静力弹塑性方法对云南某工程购物中心南区（钢框架结构体系）在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析。结果表明,在罕遇地震作用下,该结构的最大弹塑性层间位移角小于规范的限值;钢框架结构的塑性铰主要出现在梁端;绝大部分钢框架柱处于弹性,只有极少数钢框架柱出现了塑性铰,通过调整设计使得全部框架柱都不出现塑性铰。该工程的设计达到了预定的抗震设防目标。     

钢筋混凝土框架结构竖向不规则参数的概率评估

采用蒙特卡罗模拟方法分析钢筋混凝土(RC)框架结构竖向不规则参数的抗震控制效果。以底层和中间层竖向楼层承载力和刚度不规则的5层和10层RC框架结构为分析对象,考虑地震动输入的随机性,通过非线性动力时程分析确定结构的最大层间位移角,并分析其随竖向不规则系数变化的规律和超越极限状态水准的失效概率。分析结果表明：楼层竖向承载力和刚度不规则对结构最大层间位移角的影响较大,最大层间位移角随竖向不规则系数的减小而增大,底层不规则较中间层不规则的影响大,承载力不规则较刚度不规则的影响大;竖向不规则对结构地震反应超越极限状态水准的失效概率有显著的影响,失效概率随竖向不规则系数的减小而增大,竖向不规则系数越小失效概率越大;承载力不规则系数为0.7和刚度不规则系数为0.8可作为竖向不规则参数的抗震控制点。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

多层钢框架结构的Pushover分析

采用四种不同的水平加载模式对多层钢框架结构进行了多遇地震、罕遇地震作用下的Pushover分析,得到结构的顶点位移、各楼层层间位移、层间位移角以及塑性铰分布,在性能点处,多遇地震作用下结构并未出现塑性铰,在罕遇地震作用下结构逐步出现塑性铰,进而判断出结构中的薄弱环节为结构的底层。     

水平地震下钢-混凝土组合框架结构极限抗震与强柱构造

"强柱弱梁"是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的"强柱弱梁"破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌的"强梁弱柱"破坏。为合理认识各类破坏形式,首先对传统的塑性铰概念细分为"压铰"和"拉铰",指出"拉铰"容易引发结构整体失稳;随后以钢-混凝土组合框架结构为对象,建立并采用实体单元与壳单元为主的组合框架结构有限元精细化抗震计算模型,开展组合结构极限抗震分析,初步探讨各水平地震波工况对组合框架结构位移、应力、轴压比等时程响应以及框架梁柱塑性耗能分配机制、塑性铰形成模式与失效机制的影响规律。分析结果显示:1)柱端拉筋减小了钢管与混凝土之间滑移,从而增大了柱和框架的刚度,降低了钢管和混凝土的应变水平,增大了钢梁的应力水平; 620 cm/s2及以上强度的地震波作用时,柱端拉筋构造可显著减小组合框架结构的最大层间位移角,在接近极限强度的水平地震波作用时,柱端拉筋屈服,框架梁端混凝土板纵筋一般不易屈服; 2)"强梁弱柱"组合框架表现为"约束梁"与"耗能柱",此时框架梁对框架柱约束较强,框架以框架柱耗能为主而梁端仅形成"压铰",此时框架的耗能能力取决于框架柱;"强柱弱梁"组合框架表现为"耗能梁"与"承载柱",此时框架梁对框架柱约束较弱,框架以框架梁耗能为主使得梁端先形成"压铰",当梁端耗能至极限时形成"拉铰"引发框架柱长细比增大,导致框架加速失效,不利于发挥框架柱耗能潜力; 3)柱端拉筋技术的"强柱"构造将提高组合结构的刚度、塑性耗能与抗倒塌能力,强柱构造对以柱耗能为主的6层框架抗震能力提升尤其显著。     

双向地震作用下我国“强柱弱梁”措施的有效性评估

以往研究柱端弯矩增大系数时一般基于平面分析模型,双向水平地震作用对框架"强柱弱梁"屈服机制的影响未引起重视。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则空间框架,在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应,对五个框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,7度0.1g区三级抗震空间框架形成了柱铰为主的混合耗能机制,7度0.15g区三级抗震空间框架少量楼层发生了层侧移反应,8度0.2g区、0.3g区二级抗震空间框架均是部分楼层出现明显层侧移反应的典型柱铰机制,9度0.4g区一级抗震空间框架则形成了梁铰、柱铰均较严重的梁柱铰混合机制。五个空间框架在双向地震下的塑性铰分布特征均比相应平面框架更不利。我国不同烈度区、不同抗震等级的空间框架结构在罕遇地震下形成了不同的的塑性铰耗能机制。     

考虑施工缝影响的框架结构地震反应时程分析

在总结框架试验研究成果的基础上,运用动力时程分析方法,对有施工缝框架和整浇框架的非弹性抗震性能进行了研究.采用层间剪切模型和三线性恢复力模型,分别输入8度多遇地震和7度罕遇地震作用下的迁安地震波、El Centro地震波和天津地震波,对两个框架的弹塑性地震反应进行了模拟.将有施工缝框架和整浇框架的顶层位移、层间最大位移、层间最大剪力进行了对比分析.模拟结果表明:有施工缝框架和整浇框架,在迁安波、El Centro波和天津波的作用下,结构顶层的位移时程曲线和加速度时程曲线随着地震动时间的变化规律是基本一致的.     

塑性铰区埋入高阻尼隔震橡胶层厚度的数值模拟分析

钢筋混凝土(RC)桥墩一旦出现塑性铰后,混凝土的破坏主要集中在塑性铰区域,而且塑性铰区混凝土的损伤及破坏程度在较大程度上影响RC桥墩的抗震性能。本文希望通过在RC桥墩塑性铰区域埋入橡胶层来提高其变形能力、增强延性和耗能能力,改善传统RC桥墩的抗震性能。基于橡胶、混凝土和钢筋的本构模型及承载力—变形理论,采用条带法,本文提出了不同轴压比、不同层间位移角所需要橡胶层厚度的计算方法,并编制了计算程序;分析得到了不同轴压比、不同层间位移角的RC柱中所需埋入的橡胶层的最小厚度,为确定RC柱塑性铰区所埋入橡胶层厚度提供参考。     

某防屈曲支撑框架结构弹塑性时程分析

结合现行国家规范与规程,采用弹塑性时程分析方法,对某防屈曲支撑框架结构进行抗震分析,探讨该类结构在罕遇地震作用下的动力响应。重点讨论了在罕遇地震作用下结构的基底剪力、剪重比、层间位移角、构件塑性发展过程以及防屈曲支撑滞回耗能特性。计算结果显示,结构X向顶点最大位移为655mm,最大层间位移角为1/111;Y向顶点最大位移为745mm,最大层间位移角为1/103,均满足抗震规范的相关要求。动力弹塑性分析结果显示,无论从杆件塑性铰出现情况,还是从杆件的地震响应,以及不同位置防屈曲支撑的滞回曲线都可以看出,防屈曲支撑有效地吸收了一部分地震动传给结构的能量,减小了其地震响应。     

含不等高箱梁异型节点大型火电主厂房钢框排架结构拟动力试验研究

为研究大型火电厂含异型节点钢框排架主厂房的抗震性能,对缩尺比为1∶10的1 000 MW级火电主厂房钢框排架模型结构进行拟动力试验。输入El Centro波、Taft波和兰州地震波,地震动加速度峰值分别相当于8度多遇地震和7.5、8度设防烈度地震和8、9度罕遇地震,实测了模型结构的应变分布、加速度反应和位移反应。分析了模型结构的滞回特性、加速度放大系数、位移时程曲线以及塑性铰分布。结果表明:含异型节点火电钢框排架主厂房结构总体具有较好的抗震性能,能满足规范"大震不倒"的要求,但由于异型节点处煤斗梁刚度较大且该处承受较大的竖向荷载(煤斗及储煤质量),导致其层间位移分布与无刚度或质量突变的常规钢框架规律不同;异型节点处存在着明显的"强梁弱柱"现象,该类节点大梁底面柱端易产生塑性铰,不利于耗能和抗震。     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。