基于结构整体损伤指标的钢框架地震易损性研究

以9层梁柱焊接钢框架为例,选取20条满足场地条件的地震波,对结构进行动力增量时程分析(IDA),对比分别以层间位移角和能量耗散作为结构整体损伤指标评判的结构损伤程度,发现仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构抗倒塌能力,而仅以能量耗散作为结构整体损伤指标则无法判别结构失效模式。为避免单一结构整体损伤指标的缺点,能够同时考虑整体结构的首超破坏与累积损伤,提出了一个基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型,定义结构4种极限破坏状态,对比层间位移角、能量耗散与建立的结构整体损伤模型的结构损伤曲线与易损性曲线。结果显示,基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型能够更加合理的描述结构的损伤程度。     

锈蚀钢框架地震损伤模型研究

为了合理地描述锈蚀钢框架的地震破坏形式及不同程度的锈蚀对钢框架抗震性能的影响,在欧进萍等人提出的钢结构地震损伤模型的基础上建立锈蚀钢结构地震损伤模型。为确定锈蚀钢结构地震损伤模型参数,分别给出锈蚀梁、柱构件双线性恢复力模型特征点的计算方法,并通过弹塑性时程分析获得损伤模型中的其他参数数值。利用加权系数法合理地考虑锈蚀构件损伤向整体结构损伤迁移转化的多尺度效应,建立锈蚀钢框架整体地震损伤模型。结合该损伤模型的特点,定义了对应结构不同破坏等级的损伤指数范围。最后,对5榀具有不同锈蚀率的平面钢框架结构进行了弹塑性时程分析,结果表明:所建的损伤模型能在一定程度上反映钢框架结构随锈蚀程度的退化规律。     

基于材料损伤的水电站厂房上部结构地震易损性分析

水电站厂房上部钢筋混凝土框架-剪力墙结构在地震中易遭受破坏,基于材料损伤提出了上部结构抗震性能的评估方法,并采用有限元方法和增量动力分析法对厂房上部结构的地震易损性进行了分析.结果表明:水电站厂房上部结构主要的震损为墙柱的开裂以及混凝土保护层的剥落,核心区混凝土的压损伤较小,厂房上部结构具有较高的抗震安全储备,发生严重...     

锈蚀钢框架地震易损性评定方法

钢结构锈蚀降低了钢材塑性变形能力,降低了断裂韧性,势必影响锈蚀钢结构的抗震性能。该文借助于加速腐蚀试验,研究了钢材力学性能随锈蚀程度的变化规律,建立了钢材强度、延性指标与锈蚀程度之间的关系;研究了地震作用下钢结构损伤状态及性能水平与锈蚀程度之间的关系,并基于极限破坏状态提出了锈蚀钢框架层间位移角限值取值方法。以5层钢框架为例,运用静力弹塑性分析方法,探讨了锈蚀对钢框架构抗震性能的影响;运用增量动力分析法,建立结构损伤指标与地震动强度指标的关系,得到不同龄期锈蚀钢框架地震易损性曲线,提出了锈蚀钢框架地震易损性评定方法。研究结果表明：同龄期不同极限状态结构超越极限状态的概率不同,倒塌极限状态下差距较大,而正常使用极限状态差距较小,若不修正层间位移角限值会高估锈蚀钢框架抗震性能。     

框架剪力墙结构抗震地震易损性分析

为了提升剪力墙抗震效果,降低对应的易损性,该文分析了框架剪力墙结构抗震地震易损性。建立异形柱框剪结构,构建塑性抗震易损模型,采用增量动力法进行剪力墙抗震易损性分析。结果表明：随着震动幅度以及强度逐渐增加,墙体结构也会发生等效变化,部分区域会形成弯曲状,此时的易损斜率是较高的;反之,震动的幅度以及强度逐渐下降,墙体结构所形成的弯曲状得到了有效控制,此时的易损斜率相对较小,解决了框架剪力墙损坏的问题,为后续的施工建设营造更加安全稳定的环境。     

近海大气环境作用下钢框架节点时变地震损伤研究

已服役的结构由于所处的环境作用,其构件力学性能必将随时间不断劣化。基于12个不同锈蚀程度钢框架节点的低周往复试验,分析近海大气环境作用导致钢框架节点构件力学性能的劣化。考虑到钢框架节点在地震作用变形达不到其变形极限,因而不适宜采用变形能力作为参数评价其损伤程度。刚度指标能够反映构件承载力与变形两个性能指标,且构件的变形与其刚度成反比,建立能够考虑构件因环境作用而引起的初始损伤的基于构件刚度与耗能的双参数地震损伤模型。由试验数据回归得到构件的刚度与累积耗能能力与锈蚀率线性相关,并验算损伤模型的计算精度。研究表明:建立的损伤模型具有较高的计算精度,且计算方便,适用于对地震作用下的钢框架节点进行损伤描述。在损伤模型的基础之上,假定构件年锈蚀率相同,建立构件考虑环境作用的时变损伤模型。     

基于易损性指数的钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

在传统地震易损性分析的基础上,提出了易损性指数的概念,并用其来评估结构的地震损伤。通过引入群体结构震害评估中震害指数的概念,结合解析地震易损性分析得到的结构破坏状态概率,将震害指数的数学期望作为单体结构的易损性指数。选择8层和10层两组考虑不同抗震设防水平的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析得到结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线、易损性指数曲线以及结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数。分析结果表明：按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构基本可以满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的性能要求。在大震作用下,结构可以较好地控制较严重破坏的发生。随着抗震设防水平的提升,结构的抗震能力得到了加强,但结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数却发生了增加。     

强震下钢框架结构易损性分析及优化设计

该文建立了一种考虑结构地震反应滞回变形幅值对累积耗能损伤影响的双参数损伤模型,提出了一种基于易损性分析的评估钢结构在地震作用下损伤程度的方法,该方法以结构最大层间位移角作为评价结构整体能力的参数指标。以一个9层Benchmark钢结构为例,针对其在强震中的反应特征,对其薄弱层进行了优化设计,建立其优化前后的理论易损性曲线,对其在不同强度地震作用下的破坏状态进行评估。基于倒塌储备系数对优化前后结构的抗倒塌性能进行分析,结果表明:所提出的损伤评估方法能较准确地评估钢结构在强震作用下的损伤程度,优化设计后结构的抗倒塌能力显著提高。     

酸性大气环境下锈蚀钢框架柱双参数地震损伤模型研究

基于12榀酸性大气环境下锈蚀钢框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析其损伤演变特性。充分考虑加载制度、加载路径、循环次数对锈蚀钢框架柱抗震性能的影响,提出了适用于酸性大气环境下锈蚀钢框架柱的双参数地震损伤模型,该模型可以体现出锈蚀钢框架柱的塑性变形损伤及累积损伤。利用部分试验结果,拟合得到损伤模型中的试验常数与轴压比、失重率之间的关系式。结合试验结果,对损伤模型的有效性进行了验证。研究结果表明:该模型可以较为合理地描述酸性大气环境下锈蚀钢框架柱地震损伤的产生及其演化过程。     

钢筋锈蚀与余震对RC框架结构地震损伤与易损性的影响分析

为量化钢筋锈蚀与余震对钢筋混凝土结构抗震性能的影响,选取两栋按我国现行规范设计的中国东南沿海地区钢筋混凝土框架结构为研究对象,考虑未锈蚀和由低到高三种不同锈蚀率(5%、10%和15%)的四种工况,采用真实主余震序列作为输入,选取Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,开展了主余震序列作用下的未锈蚀与锈蚀钢筋混凝土框架结构的地震损伤评估与易损性分析。计算结果表明：锈蚀率的提高加剧了主余震序列作用下的结构累积损伤,其增长率最大可超过50%。由钢筋锈蚀单一因素引起的结构损伤在主余震累积损伤中的占比最高可超过30%。此外,钢筋锈蚀因素会导致结构的主余震易损性曲线发生显著提升。当锈蚀率较大时,钢筋锈蚀对结构易损性的影响与余震对结构易损性的影响相接近。钢筋锈蚀和余震两个因素的耦合作用会使结构的易损性水平发生更为显著的提升。因此,十分有必要在既有钢筋混凝土结构抗主余震性能评估中考虑钢筋锈蚀因素的影响。     

45号钢受热损伤的超声非线性检测实验研究

45 steel is a common material for parts manufacturing, and it is important to study its thermal damage detection for parts failure assessment.Here, in order to study ultrasonic nonlinear effects of 45 steel with different degrees of thermal damage, specimens with different degrees of thermal damage were made.Ultrasonic nonlinear detection tests were conducted for specimens using the RAM-5000 system made by RITEC company to obtain relation curves between ultrasonic nonlinear coefficients and heating temperature.These curves were deeply analyzed combining with the material’s metallographic microstructure evolution laws.Results showed that the ultrasonic nonlinear coefficient of 45 steel firstly increases, then decreases and increases again with increase in heating temperature;when heating temperature reaches 600 ℃, the ultrasonic nonlinear coefficient begins to increase; when temperature reaches 800 ℃, itreaches the peak value;thenit drops sharply, this is consistent with the coherent strain state of 45 steel between 700-800 ℃; finally, it at 1 300 ℃ rebounds slightly;the correlation between variation of ultrasonic nonlinear coefficient of 45 steel and its metallographic microstructure varying provides atest basis for the ultrasonic nonlinear detection of 45 steel thermal damage and the evaluation of its metallographic microstructure change.     

城市抗震韧性评估研究进展

不同建筑物具有不同的固有动力特性,结合建筑物的结构高度和基本周期可表示为结构刚柔指标,结构的刚柔属性会使得建筑物的震时位移响应和加速度响应不同,进而出现了震后损失情况的差异。以偏刚性钢框架(RF)和偏柔性钢框架(FF)各一栋为研究对象,基于设防地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析结果和由建筑信息模型得到的构件易损性数据,按照我国《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591−2020)对高层钢框架结构进行抗震韧性评估。RF和FF的评估结果显示：RF的层间位移角响应更小、楼面加速度响应更大,FF的响应则相反,说明各类结构构件和非结构构件的修复费用比例、修复时间以及造成的人员损失与结构刚柔指标有关。     

框架结构群体震害易损性快速评估研究

钢筋混凝土框架结构作为城镇中使用最广泛的建筑之一,在汶川地震中不同使用用途框架表现的抗震能力差异较大,因此建议在地震震害评估中,应将结构按结构型式和使用用途进行分类。在此分类基础上,研究出一种简便实用的地震群体易损性分析方法,不需要了解结构详细力学参数,影响结构抗震能力的主要因素参数从房屋普查资料中即可获得,将模糊相似理论引入到群体易损性分析中,并与能力谱方法相结合应用于框架结构中,可在震后第一时间快速评估出不同使用用途的框架群体的震害情况,分析结果满足精度要求。最后,以某地区工业类框架结构为例,得到了该类框架结构的易损性矩阵,验证了方法的实用性和准确性。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

Effect of environment on corrosion characteristics of newly developed DMR-1700 structural steel

Abstract

The corrosion resistance of any metallic material depends on the environment to which it is exposed. DMR-1700 steel is a material for structural applications that has been recently developed at Defence Metallurgical Research Laboratory by changing the chemistry of alloying elements. Therefore, a detailed understanding of its corrosion characteristics under different environmental conditions is essential. In the present paper, we report the results of a systematic corrosion study that was carried out on the new steel to determine the effect of the environment on the protective nature of the oxide scale that forms on its surface under different environmental conditions. Furthermore, the oxide scale as well as the resistance to pitting and crevice corrosion were studied in various environments. The surface morphologies of the corroded steels were observed under a scanning electron microscope (SEM) to determine the nature of the corrosion. On the basis of studies by different techniques, DMR-1700 steel is recommended for the manufacture of components used in various systems in conjunction with the application of an appropriate protective coating to improve its resistivity to corrosion.     

Assessment of structural steel from the World Trade Center towers, part III: Physical damage caused by impact of aircraft

This paper describes damage characteristics and failure modes of the recovered structural steel components from the World Trade Center (WTC) towers WTC 1 and WTC 2. Knowledge of damage to the steel elements played an important role in the investigation by ascertaining the response of the structural steel of the towers to the impact of the planes and by providing information on exterior column damage for correlations with impact damage modeled in the baseline structural performance and aircraft impact damage analysis. Results focus on the five exterior panel sections in the impact region of WTC 1 and the four core columns from near the impact regions of WTC 1 and WTC 2.     

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法试验研究

摘 要：通过钢梁损伤试验,验证基于小波包能量谱的结构损伤预警方法在实际结构上应用的有效性。对钢梁进行完好工况和三个损伤工况的动力响应测试,对得到的响应进行小波包分解,考察损伤前后各个特征频带的能量变化。试验结果显示,损伤预警指标ERV和ERVD能够对三种损伤工况做出有效预警;同一工况的多次测试得到的损伤预警指标ERVD虽有变化但变化不大。基于小波包能量谱的结构损伤预警指标对结构损伤具有敏感性、对测试噪声具有鲁棒性,可以用于实际结构损伤预警。     

基于动力检测的损伤指标评价方法

摘 要：在基于振动测试的损伤识别方法中,如何选择合适的损伤指标是一个值得研究的问题,但目前损伤指标繁多,而且缺乏一个对损伤指标进行系统评价的方法。本文提出了采用损伤指标对刚度变化的灵敏度,对噪声的适应性,通过不完备信息进行正确识别的能力和对损伤位置精确指示的能力即局部性四个指标对损伤指标进行评价的方法,并给出了这四个指标量化公式,较全面地反应了损伤检测和监测在应用中遇到的各种问题,指导了损伤识别指标的选择。通过对简支梁的数值模拟研究显示这种损伤指标评价方法作为一种先验方法得出的结论与对每种损伤指标进行损伤识别得到的结论一致,说明这种评价方法的可靠性。本文提出的损伤指标的评价方法,考虑了实际中的各种主要因素,通过对损伤指标的四个特性的定量刻画使评价变得十分直观有效,对实际工程结构健康监测系统中损伤识别方法的选择具有重要的指导意义。