RC框架结构典型震害及抗震性能研究

钢筋混凝土框架结构是多高层建筑中广泛使用的一种结构形式,这种结构在地震中的破坏情况十分普遍。本文根据近些年来国内外的震害调查,通过相关工程震害案例,介绍了结构整体、框架梁柱、楼梯、填充墙等出现的典型震害,分析了各类震害特征与震害机理。结合国内外理论和试验研究成果,总结了钢筋混凝土框架结构在整体抗倒塌能力、"强柱弱梁"以及其它方面抗震性能的研究进展。最后针对钢筋混凝土框架结构在抗震概念设计、结构抗震设计、构件抗震设计等方面存在的问题,给出了一些建议。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用的下的受力特点,分析了填充墙RC框架结构产生震害的主要原因。建立填充墙简化分析的等效斜撑模型,利用SAP2000有限元分析软件进行填充墙框架结构教学楼的地震反应推覆分析。侧向加载模式分别采用振型荷载模式和均布荷载模式,主要考察填充墙对典型RC框架结构教学楼在大震作用下抗震性能的影响。分析结果表明:在大震作用下,结构达到能力谱方法确定的性能点时,按现行规范设计的框架结构教学楼的层间弹塑性变形能够满足规范要求。但填充墙的影响改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平,尤其半高填充墙对框架柱的约束使得底层框柱可能发生剪切破坏,使结构在大震下倒塌的危险性增大。研究结果可为此类结构在大震作用下的抗震性能评价及抗震加固提供参考。     

汶川地震框架填充墙的震害现象及分析

针对汶川地震灾区框架填充墙结构体系抗震破坏现象的震害调查资料,结合现行抗震设计理论,分析框架填充墙等非结构构件的破坏机理,说明填充墙的存在,或多或少地会造成许多不同于纯框架结构的地震破坏形式,除了应加强填充墙与主体结构的抗震构造措施外,还应适当考虑底层填充墙和弧形填充墙与结构构件在同一水准下的抗震设计,认真对待填充墙等非结构构件对人类生命安全带来的危害以及所造成的经济损失.     

汶川地震中填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响及分析

汶川地震中大量钢筋混凝土框架结构受到不同程度的损坏,主要的震害表现为框架结构的填充墙出现严重开裂或破坏,而框架结构的主体构件(框架梁、框架柱)破坏相对较轻.目前,我国规范中填充墙对框架结构抗震性能的影响没有详细说明,而填充墙与框架结构的相互作用对于结构抗震性能的影响却是存在的.结合汶川地震中填充墙框架结构的各种破坏情况,研究填充墙与框架结构之间作用的机理,分析地震作用下填充墙对于框架结构抗震性能的影响,并对填充墙框架结构的抗震设计和抗震加固提出合理的建议.     

填充墙对RC框架结构抗震性能影响研究现状

《建筑抗震设计规范》中规定框架结构在地震作用下应形成"强柱弱梁"的延性破坏机制,而各国震害表明,带填充墙的框架结构大多发生了层间机构破坏、短柱破坏等非延性破坏方式,因此填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响应当受到重视。介绍了实际震害中填充墙框架结构破坏形态,总结了各国规范对填充墙的考虑,归纳分析了填充墙框架的试验、数值分析及计算模型等相应的研究成果,并提出了研究方向。     

汶川地震建筑震害分析

汇总了清华大学、西南交通大学和北京交通大学土木工程结构专家组在四川地震主要灾区所调查的建筑震害资料,根据建筑的结构类别、建造年代、地震区估计烈度和使用功能进行了震害状况统计分析。结合典型工程震害案例,分析了此次地震中的建筑震害特点,总结了结构抗震概念设计、结构抗震设计和工程质量管理等方面的经验和教训。根据震害调查统计和典型震害分析,得到以下结论:严格执行抗震设计规范是保证建筑物抗震性能的主要前提;砌体结构应加强结构体系和抗震构造措施设计,并保证施工质量;框架结构应加强围护结构和填充墙与主体结构的抗震构造措施,并应改进"强柱弱梁"的设计;应进一步重视整体结构抗震概念设计;应充分考虑非结构构件的影响。     

整体式内隔墙对框架抗震性能影响的研究

近年来的震害研究表明,填充墙在地震作用下易遭受破坏,并会直接影响到整体结构的抗震性能,在当前建筑工业化的背景下,内隔墙板的整体高效安装、柔性连接显得尤为重要。针对某一实际工程,提出了一种先装轻质整体式内隔墙板及其柔性连接节点,并通过ABAQUS软件模拟研究其在多遇地震、设防烈度地震及罕遇地震情况下,墙板与框架梁柱之间的缝隙宽度,柔性连接节点中钢筋的间距、直径、锚固深度等对混凝土框架结构抗震性能的影响。结果表明:墙板与框架梁柱之间的缝隙使得框架结构在多遇地震和罕遇地震下的受力形态发生较大改变,钢筋间距、钢筋直径、钢筋锚固深度均不同程度地影响整体框架结构抗震性能,但并不影响结构的最终破坏形态。     

钢筋混凝土框架填充墙计算模型研究综述

延性破坏是规范推荐理想破坏模式,而震害调查表明,带填充墙的框架结构在地震作用下往往无法实现"强柱弱梁"、"强剪弱弯"的破坏机制。填充墙虽然设计时被视为非结构构件,但其对框架结构抗震性能的影响不容忽视。文中首先对各国规范对填充墙的规定进行总结,并对现有的填充墙框架结构的计算模型及其关键参数的计算方法进行了分析评述,最后分析了现有计算模型的不足之处,并提出了研究方向。     

Collapse safety margin-oriented seismic retrofit strategy for corroded reinforced concrete frames using fibre reinforced plastics

Considering residual service life, this paper presents a collapse safety margin-oriented seismic retrofit strategy for corroded reinforced concrete (RC) frames using fibre reinforced plastics (FRP). With the assumed uniform corrosion model, corrosion-induced initial damage combined with subsequent earthquake-induced damage is identified by the multi-mode-based global damage model developed previously. The collapse-level earthquake intensity determined by incremental dynamic analyses (IDA) with the damage model and the maximum considered earthquake (MCE)-level intensity considering residual service life are combined to generate the time-variant collapse safety margin assessment of corroded RC structures. Based on this assessment, the collapse safety margin-oriented FRP seismic retrofit strategy is proposed and demonstrated on a 4-storey frame. The damage model originally developed for earthquake scenarios has also exhibited its rationality for characterising corrosion-induced initial damage and its influence on coupled damage development with subsequent earthquake excitation. Seismic retrofitting with FRP composites should consider the effects of the corrosion development stage, target collapse safety margin and residual service life. FRP retrofits can cause decreases in the MCE-level collapse probability and increases in the collapse resistance of corroded RC structures. Retrofitting carried out at different times achieves different efficiencies and different time-variant collapse safety margins within the residual service life.     

Stochastic seismic collapse and reliability assessment of high‐rise reinforced concrete structures

To provide knowledge beyond the conventional engineering insights, attention in this work is focused on a comprehensive framework for the stochastic seismic collapse analysis and reliability assessment of large complex reinforced concrete (RC) structures. Three key notions are emphasized: the refined finite element modeling and analysis approach towards structural collapse, a physical random ground motion model, and an energy‐based structural collapse criterion. First, the softening of concrete material, which substantially contributes to the collapse of RC structures, is modeled by the stochastic damage constitutive model. Second, the physical random ground motion model is introduced to quantitatively describe the stochastic properties of the earthquake ground motions. And then the collapse‐resistance performance of a certain RC structure can be systematically evaluated on the basis of the probability density evolution method combining with the proposed structural collapse criterion. Numerical results regarding a prototype RC frame‐shear wall structure indicate that the randomness from ground motions dramatically affects the collapse behaviors of the structure and even leads to entirely different collapse modes. The proposed methodology is applicable in better understanding of the anti‐collapse design and collapse prediction of large complex RC buildings.     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响

地震作用下钢筋混凝土框架结构通常呈现弱柱型破坏模式而倒塌。针对其破坏特征,将钢筋混凝土框架结构离散为“板-柱”和“梁-柱-节点”体系,结合块体间碰撞作用的冲量模型,基于离散单元法建立考虑构件间碰撞作用的钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应计算机仿真系统,并通过2个框架结构模型的倒塌试验对其进行了验证。利用计算机仿真系统模拟分析了现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响。结果表明：考虑块体间碰撞作用的框架结构倒塌仿真系统可以真实再现地震作用下框架结构的倒塌过程和废墟堆积情况;考虑楼板影响时,强柱型框架结构可能会出现弱柱型倒塌,局部倒塌型框架结构则可能不倒或呈弱柱型倒塌;框架结构抗震设计或评定中应充分考虑现浇楼板对框架抗震性能的影响。     

Discrete element method-based collapse simulation,validation and application to frame structures

A discrete element model (DEM) is proposed herein for the collapse analysis of reinforced concrete (RC) frame structures, which is based on the improved segment-multi-spring model (SMSM). Failure criteria of the springs between elements are well established and the coupling effects between them are considered, while a methodology that can assess the global angular displacement of discrete element is developed. Moreover, a new modified element contact detection algorithm is also provided to improve computing efficiency and accuracy after elements fail. Accordingly, a DEM-based software is developed for the collapse simulation of RC frame structures utilising SMSM. Its accuracy and reliability are validated through a simulation of an experiment in which a frame structure collapsed due to the failure of a middle bottom column. Subsequently, a further investigation on the overall collapse process of the examined frame is performed. Simulation results agree well with experimental results. Finally, the software is applied to analyse a real building destroyed by the Wenchuan earthquake and the results show a good agreement with the in situ earthquake damage investigation.     

持续强震作用下RC框架结构振动台试验研究

持续强震作用对结构破坏作用较强,是造成2008年汶川地震中大量房屋结构破坏的主要原因之一。为研究房屋结构在持续强震作用下的结构反应特征,设计和制作了12层RC框架结构模型,并对其开展了三次模拟地震振动台试验,研究结果表明：结构在相同地震波持续强震作用下,对这种激励波的反应强度逐渐降低,并趋于稳定;当采用其他地震波对模型结构进行激励时,结构对不同地震波的反应明显增大,结构地震反应剧烈并增长迅速。根据试验研究结果,提出结构抗震稳健性的概念,对结构抗震稳健性的机理进行了探讨,并提出了结构抗震稳健性概念性计算方法,建议加强结构的抗震稳健性研究,以提高房屋结构在持续强震作用下的安全性。     

钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌破坏的研究现状与对策分析

总结了罕遇地震作用下结构倒塌破坏的研究现状,重点分析了建筑物倒塌破坏的系统性和不确定性,对比了不同的倒塌破坏准则和倒塌破坏分析方法,给出了建筑物倒塌的临界状态定义。研究结果表明:现有的倒塌破坏准则无法准确定义结构的倒塌破坏;时程分析法更为精确,且较少地引入了地震动随机性影响,更适于结构倒塌研究;建议的倒塌破坏区间能够更好地反映倒塌破坏特性;塑性变形集中是框架倒塌的主要原因,应重视柱端塑性铰发育导致的结构整体性能退化;相关研究成果可为定量研究建筑结构的倒塌破坏提供理论基础。     

钢筋混凝土短柱抗震概念设计

结合震害和试验资料对工程中常见的钢筋混凝土短柱破坏机理进行了分析,并从抗震概念角度出发,提出提高短柱承载力和延性的几种常见工程设计建议,从而避免在强震中建筑结构的倒塌、破坏。     

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。     

低矮框剪结构的抗震能力评价

以汶川地震中都江堰市区的几栋低矮框架、框剪为主要研究对象,对比分析其震害特征,指出低矮框剪结构在大震条件下的震害明显轻于框架结构,且能够明显具有抗倒塌能力,并通过ABAQUS有限元软件对其中一栋框剪结构进行大震下的数值模拟,结果表明,框架剪力墙结构能够满足大震的位移角限值的要求。