考虑土-结构相互作用的结构残余位移比谱EI北大核心CSCD

结构残余位移是抗震性能评估和地震损失评估的重要参数。以往针对结构残余位移的研究主要基于刚性地基假定,而地震作用下基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用效应得到的结构响应存在差异。鉴于此,建立了考虑土-单自由度体系相互作用效应的模型,基于大量分类地震动记录,通过时程分析分别建立基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)效应的结构残余位移比谱,研究场地类别、屈服强度系数和高宽比对结构残余位移比谱及其离散性的影响,建立了考虑SSI效应的结构残余位移比谱预测方程。结果表明:存在临界周期点,当周期小于临界值时考虑SSI效应的结构残余位移比谱值小于基于刚性地基假定的结构残余位移比谱值,且SSI效应程度越大结构残余位移比谱越小;当周期大于临界值时,考虑SSI效应和基于刚性地基的结构残余位移比谱差距很小;AB类、C类、D类和E类场地的临界周期分别为0.5 s,0.5 s,0.8 s和1.2 s;基于刚性地基假定的结构残余位移计算结果偏于保守。     

自复位单自由度体系随机地震响应分析

给出了自复位体系恢复力的数学描述,建立了正态白噪声地面激励下采用等价线性化法求解自复位单自由度体系随机响应的流程,并采用Monte-Carlo法验证了其正确性,最后通过参数分析对随机响应的影响因素进行了研究。结果表明:结构周期越小,屈服位移系数或耗能参数越大,体系位移方差系数和速度方差系数越小;结构屈服后刚度系数越大,位移方差系数越小,速度方差系数越大;结构周期越大,屈服位移系数、屈服后刚度系数和耗能参数对位移方差系数和速度方差系数的影响越大。     

考虑P-△效应的桥梁结构震后概率残余位移分析

残余位移是评价桥梁结构震后可修复性和可用性的重要指标,而P-△;效应对桥梁结构的残余位移影响显著。综合考虑P-△;效应和地震动随机特性的影响,通过大量的非弹性动力时程分析,定量地分析桥梁结构震后残余位移的概率统计特征和经验预测方程。首先根据动力平衡原理,建立考虑P-△;效应的桥梁结构非弹性地震动力响应分析的运动控制微分方程,然后结合所筛选的69条强震记录,利用概率统计方法定量地分析P-△;效应、屈服后刚度比、规一化屈服强度和自振周期等因素对震后残余位移的概率统计特征的影响,进而对残余位移与峰值位移之间的相关性进行讨论,并建立残余位移与峰值位移之间的经验预测方程。分析结果表明：P-△;效应、屈服后刚度比和规一化屈服强度对残余位移的均值影响较大,而对残余位移的变异性影响相对较小;桥梁结构的震后残余位移可以描述为对数正态分布或威布尔分布随机变量;残余位移与峰值位移之间具有较强的相关性,且二者比值的均值（变异系数）随着自振周期和稳定系数的增大而增大（减小）。     

一种简化的R.C框架结构地震位移反应分析方法

采用单自由度体系等效多自由度体系,只考虑第一振型影响,确定结构最大位移反应。该文假定R.C框架结构屈服前刚度与强度相关,屈服位移由结构几何尺寸近似确定。结合我国建筑抗震设计规范,研究不同设计条件下R.C框架结构的超强系数,然后乘以设计地震作用确定结构的实际强度。根据结构屈服位移以及实际强度确定等效结构的有效周期。当有效周期大于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等位移原理确定,当有效周期小于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等能量原理确定。该方法与其它方法相比,避免了复杂的弹塑性动力或静力分析,不需要进行迭代计算,且与我国规范结合紧密,特别适合对既有结构快速评估。     

近断层脉冲型地震动的残余位移系数谱研究

残余位移是基于性能抗震设计过程中一项重要性能指标。为研究近断层区域脉冲型地震动下结构的残余位移计算方法,采用同时包含场地特征周期T_g与地震动脉冲周期T_p的双周期规准法(TTN),以226条脉冲型地震动为输入,对单自由度体系进行线性与非线性时程分析,通过统计分析生成了TTN残余位移系数均值谱;探讨了场地条件、结构自振周期T以及强度折减系数R与残余位移系数C_r的关系,并拟合得到了TTN残余位移系数设计谱;研究结果表明:①采用TTN方法生成的残余位移系数谱能直接体现出速度脉冲效应对长周期结构动力响应的增大作用;②T和R是影响C_r的主要参数,而不同场地条件下的TTN残余位移系数谱具有一致性,可生成统一场地谱;③提出的TTN残余位移系数设计谱数学表达形式简洁,能够反映C_r与T,R的相关性,可用于预测近断层区域结构残余位移。     

近断层脉冲型地震动下位移谱阻尼修正系数

现行规范采用阻尼修正系数（DMF）调整阻尼比不同于5%时的弹性位移反应谱,然而未考虑到近断层脉冲型地震动的影响。本文选取了代表性前方向性脉冲记录,研究了矩震级、场地类别和距离对脉冲周期的影响,同时指出脉冲周期与相应伪速度谱峰值周期之间具有较好的线性相关性,然后以周期与脉冲周期比和阻尼比为双变量,采用Levenberg–Marquardt算法进行非线性回归分析,提出了能够较为准确反映数据点分布规律的DMF模型。结果表明,随着脉冲周期的减小,DMF峰值对应的周期越小,而在中长周期范围DMF越趋近于1.0;与现行规范相比,模型MDF强烈依赖于脉冲周期、结构振动周期和阻尼比,且当三者位于不同取值范围时,规范DMF过低或过高     

RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析EI北大核心CSCD

为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法,采用Open Sees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元,建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据,对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明,纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量S_u、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数C_f和强度降低系数C_d对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R_0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大,初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete 02模型模拟残余位移精度高于Concrete 01模型,考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。     

地震-风耦合作用下钢框架-自复位支撑筒结构性能研究

基于自回归模型分别模拟重现期为1年、10年和50年下不同高度处的风荷载时程,并与不同峰值加速度的地震动记录进行组合,对一布置预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑的50层钢框架-自复位支撑筒结构在地震-风耦合作用下的性能进行研究。结果表明:在地震-风耦合作用下,风荷载强度的增大对结构层间位移角的增大效果并不显著,结构层间位移角主要由地震动强度控制;风荷载强度越大,结构层间变形集中程度越小;地震动强度越小,风荷载对结构基底剪力影响越显著;地震动强度越大,地震-风耦合作用下结构各层加速度放大系数与地震单独作用下的结果差异越显著;PS-SCED支撑在地震-风耦合作用下能充分发挥耗能能力,有效保护主体结构,其良好的自复位特性能有效减小结构的残余变形。     

常延性系数弹塑性位移谱及其应用

采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数μ为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。     

剪切型多自由度结构体系抗震延性折减系数

通过修正等效单自由度体系抗震延性折减系数的方法研究了多自由度体系的抗震延性折减系数。采用集中质量剪切型多自由度模型,分析了等效单自由度体系抗震延性折减系数应用于相应多自由度体系需要的修正系数的影响因素。分析结果表明,多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小,修正系数的主要影响因素是结构的楼层数、位移延性系数和结构基本振动周期;分析结果也表明修正系数的离散性随结构楼层数、基本周期和位移延性的增大而增大。最后,通过多元非线性回归分析,给出了相对保守的修正系数回归函数。     

A pushover seismic analysis method for asymmetric and tall buildings

A pushover seismic analysis method based on the extended N2 method is proposed. Compared to the extended N2 method, the proposed method has four modifications that account for nonlinear higher mode effects. In the first modification, a lateral load based on the equivalent static forces from the dominant dynamic modes of a building combined using the effective mass ratio is used in pushover analysis to consider the higher mode effect in elevation. In the second modification, the total torsional mode effective mass factor is used to modify target displacement in pushover analysis to consider inelastic higher mode effect in plan. In the third modification, the coefficient of torsion (CT) is determined by combining the CT from pushover analysis with that from response spectrum analysis using a contribution factor depending on the ductility level. In the fourth modification, the maximum inter-story drift is derived based on target displacement while considering the effects of story height, ductility, and building period. These modifications are verified using a 14-story building with 10% eccentricity and medium to high structural ductility. Analytical results show that the proposed method predicts better target displacement, CT, and maximum inter-story drift than the N2 and extended N2 method.     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

自复位防屈曲支撑结构动力位移反应的关键参数

自复位防屈曲支撑特殊的恢复力模型使得安装有这种支撑的结构在地震作用下的反应与传统结构大不相同,因此开展此种结构抗震性能的研究十分必要。该文首先根据较高的性能目标提出一种简单且足够精确的自复位防屈曲支撑结构的恢复力模型;然后结合单自由度自复位防屈曲支撑体系的运动方程确定影响该种结构地震位移反应(即最大非线性位移及位移比谱)的所有独立参数;并证明了无刚度和无强度退化结构的非线性位移比与地震动的幅值无关。最后通过两个例子证明了该文的结论。     

内置碟簧自复位联肢剪力墙参数设计与滞回性能研究

为了减小结构的震后残余变形,有效地避免墙肢破坏,该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量,碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2及普通联肢剪力墙的有限元模型,对比分析了三者的承载能力、变形能力、耗能能力和自复位能力,结果表明:加载位移达到弹塑性层间位移限值时,SC-CSW1的累积耗能比普通联肢剪力墙降低28.03%,但其延性比普通联肢剪力墙提高至少2.94倍,能更好的满足大震下的位移需求; SC-CSW2的累积耗能比SC-CSW1降低15.83%,但其承载力提高,且最大残余位移比仅为0.09%,基本消除了残余变形,能满足结构功能可恢复的需求。     

Damage tolerance based shape design of a stringer cutout using evolutionary structural optimisation

This paper uses a modified evolutionary structural optimisation (ESO) algorithm for optimal design of a stringer cutout used in many pressured fuselages of transport aircrafts. Both stress and fracture based ESO algorithms are studied. Initially, a stress optimised shape of the stringer cutout is determined. It is found that the ESO method significantly reduces the peak stress on the boundary. A residual strength based optimisation is then performed. The fracture based evolutionary structural optimisation algorithm uses residual strength as the design objective. The formulation used here allows for numerous cracks to be located along the entire structural boundary. The fracture ESO algorithm considerably improves the residual strength by decreasing the maximum stress intensity factor. It also reduces the variability in the stress intensity factors for the optimum shape and produces a near uniform level of fracture criticality around the boundary. It is also shown that the shapes optimised for stress and fracture strength may differ, and a fracture strength based optimisation may produce a lighter design. This highlights the need to explicitly include fracture parameters in the design objective function.     

基于Kanai-Tajimi地震模型不规则建筑AMTMD减震行为的研究

基于Kanai-Tajimi(K-T)地震模型,建立了不规则建筑主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)系统的状态空间方程。AMTMD最优参数准则定义为:设置AMTMD不规则建筑最大位移动力放大系数的最小值的最小化。AMTMD有效性准则定义为:设置AMTMD不规则建筑最大位移动力放大系数的最小值的最小化与未设置AMTMD不规则建筑最大位移动力放大系数之比。使用定义的两个准则,通过考虑结构受控频率与地震卓越频率比(DGFR)的不同取值,研究了DGFR对AMTMD最优参数和有效性的影响。     

Residual strength of blast damaged reinforced concrete columns

Columns are the key load-bearing elements in frame structures and exterior columns are probably the most vulnerable structural components to terrorist attacks. Column failure is normally the primary cause of progressive failure in frame structures. A high-fidelity physics-based computer program, LS-DYNA was utilized in this study to provide numerical simulations of the dynamic responses and residual axial strength of reinforced concrete columns subjected to short standoff blast conditions. The finite element (FE) model is discussed in detail and verified through correlated experimental studies. An extensive parametric study was carried out on a series of 12 columns to investigate the effects of transverse reinforcement ratio, axial load ratio, longitudinal reinforcement ratio, and column aspect ratio. These various parameters were incorporated into a proposed formula, capable of estimating the residual axial capacity ratio based on the mid-height displacement to height ratios.