高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构基于性能的层间位移角限值研究

在基于性能的抗震设计中,为了控制建筑结构不同程度的损伤,保证结构具有一定的可恢复性能,需要对建筑结构在不同性能等级下的层间位移角进行限制.利用PERFORM-3D软件对四个不同高宽比的高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行增量动力分析,得到了不同强度地震下连梁、墙肢、框架梁及框架柱损伤的大小和分布.根据各类构件在地震作用下的损伤分布,建议了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构的性能等级划分方法.基于结构的易损性分析结果,得到了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构在不同性能等级下的层间位移角限值,并研究了高宽比对不同性能等级下层间位移角限值的影响,为高层混合结构基于性能的抗震设计提供参考.     

高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构基于性能的层间位移角限值研究

在基于性能的抗震设计中,为了控制建筑结构不同程度的损伤,保证结构具有一定的可恢复性能,需要对建筑结构在不同性能等级下的层间位移角进行限制.利用PERFORM-3D软件对四个不同高宽比的高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行增量动力分析,得到了不同强度地震下连梁、墙肢、框架梁及框架柱损伤的大小和分布.根据各类构件在地震作用下的损伤分布,建议了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构的性能等级划分方法.基于结构的易损性分析结果,得到了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构在不同性能等级下的层间位移角限值,并研究了高宽比对不同性能等级下层间位移角限值的影响,为高层混合结构基于性能的抗震设计提供参考.     

钢框架结构振动台试验及损伤分析

为了研究在地震作用下的结构响应及损伤形式,选用非完全缩尺的两榀三跨三层的空间钢框架结构,以宁河波、El Centro波和Taft波为激励进行了振动台试验。分析了该模型框架的动力性能,从加速度响应、位移响应和应变响应等方面对结构开展了抗震性能研究和损伤分析。结果表明:随着地震强度增大和结构损伤累积,结构动力放大系数减小,位移反应增大,并基于动力增量分析方法对结构的抗震性能进行评估,为今后结构抗震子结构试验分析中子结构的选取提供参考依据。     

佛山集成金融广场结构动力弹塑性分析

佛山集成金融广场建筑高度199.88m,为超A级建筑高度建筑。结构设计采用了框架-核心筒结构,对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在大震下的抗震性能,采用ABAQUS软件对其进行动力弹塑性分析,研究在预估罕遇地震作用下结构的非线性动力响应,并给出定量评价,包括结构变形特征、楼层剪力、最大层间位移角和剪力墙损伤等。结果表明,此结构形式具有较好的抗震性能,能够保证大震不倒的抗震性能目标,整体结构设计安全可靠。     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。     

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计指标

通过分析结构变形与损伤的关系,选取层间位移角作为钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计指标。统计分析了国内15榀钢筋混凝土框架结构拟静力试验中的26组关于层间位移角的实测数据和国内外126个钢筋混凝土框架柱的抗震性能试验数据,建立了钢筋混凝土框架结构在不同性能水平时的量化指标。通过非线性静力分析和时程分析,对提出的抗震设计指标的合理性和有效性进行了计算分析。结果表明,以基本抗震设防目标设计的框架结构在不同地震作用下,其各级性能水平所对应的层间位移角可以满足本文所提出的层间位移角限值的要求。     

摇摆架减震框架结构静力弹塑性分析

摇摆架减震框架结构是在原RC框架结构上增设轻型摇摆钢架而成。依据我国抗震规范设计了一栋抗震设防烈度为8度的6层RC框架结构及轻型摇摆钢架,对摇摆架减震框架结构的抗震性能进行了研究。利用Open Sees软件建立RC框架以及轻型摇摆钢架有限元模型,并对该模型进行静力弹塑性分析,分别从荷载-位移曲线、能力谱、性能点和层间位移角四个角度分析了摇摆架减震框架结构的抗震能力。结果表明:摇摆架能够有效分担原结构的基底剪力,在相同的顶点位移下,使原结构的承载力提高37%左右;增设摇摆架对原结构弹性状态下的刚度及周期影响较小,而当结构进入塑性阶段后,该摇摆架可以增加结构刚度并降低结构响应;在7度和8度罕遇地震作用下,原结构产生较大的层间位移角并且出现层屈服机制,利用摇摆架后不仅能够降低结构的响应,而且可以使结构保持在整体屈服机制下。     

珠海保税港区办公楼结构动力弹塑性分析

珠海保税港区办公楼建筑高度约150m,为超A级高度建筑。采用了框架-核心筒结构,对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在大震下的抗震性能,采用ABAQUS软件对其进行动力弹塑性分析,研究在预估罕遇地震作用下结构的非线性动力响应,并给出定量评价,包括结构变形特征,楼层剪力,最大层间位移角和剪力墙损伤等。结果表明,此结构形式具有较好的抗震性能,能够保证大震不倒的抗震性能目标,整体结构设计安全可靠。     

一种受控摇摆式钢筋混凝土框架基于性能的抗震设计方法

受控摇摆式钢筋混凝土框架通过引入弹性摇摆柱和摇摆节点来弱化结构整体刚度,减少结构在地震中的损伤,并使用无黏结后张预应力筋提供结构弹性恢复力,实现结构地震后自复位。在已有理论分析和试验研究的基础上,对该类结构的抗震设计方法进行研究,确定受控摇摆式钢筋混凝土框架结构的抗震性能水准,给出抗震设计流程。以一个三层三跨钢筋混凝土框架为例进行基于性能的抗震设计,选用3条波进行动力时程分析,模拟结构遭遇罕遇地震的动力响应。分析结果表明：受控摇摆式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,并且表现出优异的抗震性能的和良好的自复位能力,验证了基于性能抗震设计方法的有效性。     

耗能减振结构基于性能简化抗震设计方法研究

介绍位移相关型耗能器的性能特性及其分析模型,针对安装位移相关型耗能器结构的特点,在现有耗能减振结构性能设计研究成果的基础上,提出耗能减振结构基于性能的简化抗震设计方法;采用SAP2000软件对某7层钢框架进行性能设计和基于不同性能目标的多种方案的对比分析.分析结果表明:采用等效单自由度(SDOF)耗能减振结构性能点对应的周期和阻尼比来预估加入耗能减振装置后原结构的实际周期和阻尼比是可行的;提出基于性能简化抗震设计方法是合理的,并且该种方法可判断耗能支撑应给结构提供附加刚度及初始屈服位移的较优的性能参数.     

纤维增强水泥基复合材料加固震损RC框架抗震性能试验研究

针对震损钢筋混凝土框架,提出了基于纤维增强水泥基复合材料（ECC）的加固修复方法,并开展了振动测试和低周反复荷载试验。研究结果表明：震损加固框架在加载试验后的基本频率仅下降了6.8%,损伤程度较轻,屈服和峰值荷载时的顶点位移角分别为1/48和1/25,破坏时位移角超过1/19。震损加固框架的峰值荷载较未损伤原框架提高了9.6%,表明ECC加固修复震损框架的方法能够使其抗震承载能力完全恢复并略高于原框架;ECC加固震损框架的耗能能力也可恢复至原框架的水平。此外,ECC加固对震损框架的刚度提高有限,震损加固框架的初始刚度仅为原框架的36.0%,但刚度退化较为缓慢。应变分析结果表明,ECC置换梁端混凝土能够显著改善塑性铰区的受力性能和破坏模式。     

两边连接薄钢板剪力墙加固损伤RC框架结构抗震性能

为了提高损伤RC框架的抗震性能,采用两边连接薄钢板剪力墙对其进行加固.通过2个1/3缩尺比单跨2层两边连接薄钢板加固损伤RC框架的低周往复加载试验,对其抗震性能进行了研究,并与未损伤RC框架试验结果进行对比分析.结果 表明:设置两边连接钢板剪力墙,可显著提高损伤RC框架的承载力、抗侧刚度和延性;加固后的结构钢板剪力墙屈...     

纤维增强混凝土耗能墙-钢筋混凝土框架结构抗震性能数值研究

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究的基础上,考虑了RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率、框架柱截面尺寸三个因素,进行了有限元模拟分析。结果表明:建立的HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模型较为准确,有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着RC框架混凝土强度等级的提升,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着框架柱配筋率和框架柱截面尺寸的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显提高,极限位移也有所增加;为了保证此类结构的抗震性能,针对RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率和框架柱截面尺寸,提出了可供设计参考的相关建议值。     

磁流变阻尼智能加固体系的试验研究

提出利用磁流变阻尼器(MRD)对有损伤结构进行智能加固。根据MRD的特点,结合我国抗震设计规范,给出MRD智能加固的三个等级性能目标,对其进行量化,并确定MRD智能加固的设计要点。利用MRD对一有损伤钢筋混凝土框-剪偏心结构进行抗震加固,并进行振动台试验。结果表明,采用MRD智能加固后的结构抗震性能大大提高,优于用被动控制方法加固的结构。     

基于集中塑性铰模型的弯曲破坏锈蚀RC框架柱数值模拟方法

出于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估的需要,提出了基于集中塑性铰模型的锈蚀RC框架柱数值模拟方法,并通过对15根锈蚀RC框架柱试验结果进行回归分析,得到了该模拟方法所需的可考虑钢筋锈蚀影响的塑性铰弯曲(弯矩-转角)恢复力模型,进而采用OpenSEES有限元分析软件,建立了弯曲型破坏锈蚀RC框架柱的集中塑性铰模型。通过数值模拟结果与试验结果对比发现：采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线以及试件最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明所建立的锈蚀RC框架柱集中塑性铰模型能较为准确地反映锈蚀RC框架柱的受力性能和抗震性能,可用于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估。     

RC框架-HPFRC耗能墙结构侧向刚度计算模型

研究了钢筋混凝土(RC)框架高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙结构中RC框架和HPFRC耗能墙的刚度退化规律,建立了RC框架HPFRC耗能墙结构在开裂、屈服和峰值荷载点的侧向刚度计算模型.结果表明：RC框架与HPFRC耗能墙在同一特征荷载点的刚度退化规律差异较大,HPFRC耗能墙比RC框架的刚度退化缓慢很多;基于RC框架与HPFRC耗能墙的刚度退化规律所建立的有效侧向刚度计算模型,基本反映了RC框架HPFRC耗能墙结构的受力和变形特点,按此模型计算所得的结构位移值与试验值基本吻合.     

反复荷载作用下混凝土异形柱结构累积损伤分析及试验研究

反复荷载作用下混凝土结构的累积损伤将加重其力学性能的劣化,实用的结构累积损伤评价模型,可以定量确定结构的剩余刚度和强度,为结构安全评估和修复加固提供理论依据。本文以结构在理想无损伤状态下外力所作的功为初始标量,依据能量耗散原理,提出反复荷载作用下结构累积损伤评价模型。应用该损伤模型结合试验数据分别对L形截面柱、异形柱框架节点和异形柱框架结构进行了累积损伤分析,所得到的损伤评价指标,能较好地反映在反复荷载作用下钢筋混凝土结构的累计损伤状态。     

填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的改进抗震设计方法

按现行抗震规范设计的底部空框架填充墙钢筋混凝土框架结构,可能无法实现“强柱弱梁”的预期延性破坏机制。为此,建立了填充墙与主体框架协同作用的等效斜撑-框架模型,改进等效单自由度体系阻尼比与刚度的确定方法,提出了填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法;针对底部为空框架的填充墙钢筋混凝土框架结构进行不同性能目标下的静力推覆分析,实现其“使用良好”、 “修复后使用”和“防止倒塌”性能水平的抗震设计。采用动力弹塑性时程分析方法和能力谱法验证了基于位移的改进抗震设计方法的有效性。分析表明,应用基于位移的改进抗震设计方法,可综合考虑填充墙对主体框架的利弊作用,实现结构性能抗震设计目标。     

Performance evaluation of infilled rocking wall frame structure

Conventional reinforced concrete (RC) frame structures are prone to soft‐story mechanism. This deficiency can be eliminated by introducing rocking wall system. Previously studied rocking wall systems usually have the rocking wall situated outside the frame, which results in some challenges and inconvenience. In the study, a novel infilled rocking wall frame (IRWF) system is proposed, which uses infilled RC wall to create a rocking wall within the RC frame. To evaluate seismic performance of the proposed system, both an IRWF model and an RC frame (RCF) model were designed according to Chinese seismic design code. Time history analysis and incremental dynamic analysis were conducted to compare both systems. The results show that IRWF system has more uniform drift and higher collapse margin ratio compared to the RCF system. Economic evaluation of IRWF system was investigated using the state‐of‐the‐art ATC‐58 performance‐based assessment methodology. The result shows superior performance of the IRWF system. The annualized loss of the IRWF model is about 28% less than the RCF model. This shows IRWF system is a viable and efficient alternative resilient seismic force resisting system.     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。