钢筋混凝土框架结构层间弹塑性位移计算方法及试验研究

钢筋混凝土框架结构的层间弹塑性位移是判别结构倒塌极限状态的重要指标,目前我国抗震规范规定的弹塑性位移限值仍是基于构件试验研究的结果,缺乏结构层面的计算方法和试验验证.为此,将规则框架结构的层间位移等效为梁柱组合体的侧移变形,分析组合体变形的组成,建立了梁柱组合体变形与构件变形的转换方法,提出了"强柱弱梁"型框架结构层间...     

基于地震均匀损伤的钢筋混凝土框架结构新型侧向力模式

结构在强震下形成均匀损伤状态时,各楼层的层间侧向变形近似相等、损伤大小相同,结构各部位的材料性能均得到充分发挥,易于形成整体化的屈服模式和耗能机制。基于优化准则法,考虑结构的整体损伤和局部损伤大小,构建了钢筋混凝土框架结构地震均匀损伤优化设计程序;基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土结构动力相互作用的钢筋混凝土框架结构分析模型。分别以5层和8层结构为例,对其进行均匀损伤优化设计和关键收敛参数分析,对比研究了优化前后结构配筋、梁柱转角和结构最大层间位移角的变化情况。基于两个均匀损伤优化设计结构的层剪力分布,以中国抗震规范的侧向力模式为基础,提出了新型抗震设计侧向力模式。     

CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙基于位移的抗震设计方法研究

与普通钢筋混凝土剪力墙结构相比,CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙结构具有较好的抗震性能和可恢复性.基于CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙构件的破坏过程和第五代中国地震动参数区划图,提出了更高的抗震设防目标,并将CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙结构性能划分为良好使用、微修后使用、修复后使用、生命安全四个水平.利用不同变形指标,统计CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙结构在各性能水平下的受力层间位移角限值、层间位移角限值、残余变形限值.采用等效弹性位移反应谱对CFRP筋-钢筋混凝土剪力墙结构进行基于位移的抗震设计,通过算例验证此设计方法用于该结构的可行性.     

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。     

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计方法

以变形需求作为设计参数，阐明了RC框架结构基于性能的抗震设计方法的基本原理及步骤：利用弹塑性位移谱法求解结构的位移与变形需求，在层间位移角满足特定要求后，将梁柱塑性铰区的转动量值作为性能设计的参数，结合预期的性能目标由梁柱性能设计方程进行构件变形能力设计。以-10层框架结构为例，给出了RC框架结构基于性能的抗震设计的完整过程，并通过弹塑性时程分析作了比较验证。结果表明：弹塑性位移谱法求解结构位移需求是一种可为工程接受的、简便有效的方法，通过梁柱性能设计方程对变形能力进行定量设计，可将结构的破损程度控制在预先设定的性能目标范围内。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明:自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

建筑结构在罕遇地震下弹塑性变形验算的讨论

本文对现行抗震设计规范中罕遇地震作用下结构抗震变形验算有关规定存在的问题进行了分析,并提出了改进建议。指出了目前钢筋混凝土结构弹塑性位移计算结果与实际地震反应存在较大差异的主要原因。在对大量数据统计分析的基础上,讨论了框架结构层间弹塑性位移角限值的合理性,提出了框架—抗震墙结构、抗震墙结构和框架—筒体结构的弹塑性层间位移角限值。     

高层混凝土结构倾斜状态下抗震鉴定与分析

文章从抗震设计和抗震鉴定两个方面。运用抗震概念鉴定、结合高层钢筋混凝土房屋的抗震特点．利用工程实例对现有高层钢筋混凝土建筑在倾斜状态下的抗震能力进行计算分析和评估,对鉴定方法、结构体系、材料、构造措施、抗震变形、荷载组合作用下应力和层间位移计算分析以及抗震性能评价进行详细阐述,为倾斜状态下高层混凝土结构的抗震鉴定与处理提供了可靠地技术资料,具有重要的理论意义和实用价值。     

钢筋混凝土剪力墙结构层间位移角与构件变形的关系研究

为实现变形指标——层间位移角在剪力墙结构基于性能的抗震设计中的应用,研究了层间位移角与构件变形之间的关系.首先,通过弹性分析得到了层间位移角与构件变形关系的计算公式.然后对不同楼层数的3个剪力墙结构进行了弹塑性时程分析,研究了结构在各性能状态下层间位移角与构件变形之间的关系.通过对计算结果的统计分析建立了弹塑性层间位移角与构件变形关系的计算公式.利用提出的方法可以直接、较为简便地将结构的整体变形转换为构件变形.     

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。     

RC框架层间位移与构件变形关系研究

为实现变形指标——层间位移角在RC框架结构基于性能的抗震设计中的应用,研究了层间位移与构件变形之间的关系。首先,介绍了RC框架层间位移构成。接着,在"强节点"的假定下,建立并验证了弹性状态下层间位移与构件变形的关系式;进入塑性阶段后,引入塑性折减系数,建立了塑性状态下层间位移与构件变形的转换关系式。最后,通过简化方法计算得到的层间位移与用OpenSEES数值模拟得到的结果进行对比分析,研究了塑性折减系数与延性系数的关系。     

Seismic design and performance analysis of buckling‐restrained braced RC frame structures

Due to the stable hysteretic behavior, buckling‐restrained braces (BRBs) have been increasingly adopted in reinforced concrete (RC) frame structures to develop a dual structural system (BRB‐RCF). This study proposed an alternative strength‐based design approach that decomposes the dual BRB‐RCF system into two independent RC frame and BRB system using the BRB‐carrying story shear ratio. The design of RC frame is performed in an integrated manner by considering the BRB postyielding force demands. Three RC frames with five, 10, and 15 stories were employed as prototype structures, and seven story shear ratios ranging from 0.1 to 0.7 were used to generate a total of 21 structural modes. The material usage, maximum axial compression ratio of columns, and elastic interstory drift ratio were compared for different story shear ratios. Nonlinear dynamic analysis of the BRB‐RCFs subjected to 12 ground motions were carried out. The seismic response including the maximum interstory drift ratio, hysteretic energy dissipation ratio, and actual BRB‐carrying story shear ratio were systematically assessed for different design story shear ratios. Based on the considerations of material usage and seismic performance, it is suggested that the design BRB‐carrying story shear ratio should be in the range of 0.3 to 0.5.     

Capacity design for composite partially restrained steel frame‐reinforced concrete infill walls with concealed vertical slits

This paper presents an innovative capacity‐based design procedure that aims to achieve the ideal seismic performance for the composite partially restrained (PR) steel frame‐reinforced concrete (RC) infill wall with concealed vertical slits (PSRCW‐CVS). The proposed method adopts the direct capacity design principles and preselected preferred plastic mechanism such that the RC infill wall undergoes ductile failure prior to the other steel components in the event of a rare‐level earthquake (i.e., earthquake with a 2% probability of exceedance in 50 years). Based on the ultimate resisting capacity of RC infill walls, the free‐body diagrams and simplified design formulae for the surrounding steel components, including the vertical boundary element (VBE), horizontal boundary element (HBE), PR connection, and shear connectors, were proposed. To demonstrate the reasonability of the capacity‐based design procedure, a five‐story PSRCW‐CVS structure was designed according to the proposed design method, followed by a series of nonlinear time history analyses. The overall seismic response of this example was evaluated in terms of story displacement, interstory drift ratio, residual story displacement, and residual interstory drift ratio. The proposed method yielded a more uniform interstory drift ratio distribution along the height of the five‐story PSRCW‐CVS structure. Structural damage was controlled by achieving the preselected preferred plastic mechanism.     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

针对双向水平地震作用下钢筋混凝土框架柱的抗震性能,开展了9个钢筋混凝土框架柱的水平双向拟静力试验研究,考察轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率以及加载路径对柱抗震性能的影响,对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行分析。结果表明：相对于水平单向加载,双向加载对柱的抗震性能存在显著不利影响：柱的抗弯承载力及极限位移均明显减小,损伤程度明显加重;随加载方式由单向-十字-菱形-方圈变化,相同位移下柱的强度退化与抗弯承载力下降幅度均有所增加。考虑双向受力后,典型技术标准给出的RC框架结构极限层间侧移角限值的安全冗余度显著降低。基于试验结果初步提出结构设计及分析建议：考虑双向水平地震动影响时,框架柱的抗震设计宜适当降低轴压比、增加约束箍筋、适当折减柱的抗弯承载力;采用层间侧移角进行结构倒塌判别时,可取双向地震动作用下结构最大层间侧移矢量的大小作为判别位移,并根据分析性质（结构设计或既有结构分析）选取恰当的极限层间侧移角判断标准。     

对"实现抗震性能设计目标的参考方法"的讨论

<建筑抗震设计规范>增加了"建筑抗震性能设计"的条文,提出了四性能水平的具体指标及实现抗震性能设计的参考方法.为了验证该方法的合理性,针对一钢筋混凝土框架结构实例,分别对框架结构梁、柱构件不同性能要求的承载力以及整体结构的层间位移进行了验算.结果表明:为了满足各性能水平在罕遇地震下的承载力要求,梁、柱构件的配筋量急剧增...     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

某转换高层建筑抗震超限设计与施工控制

全面介绍了某转换高层建筑的抗震设计与施工控制措施。根据该结构的超限情况,在设计中有针对性地采取了比现行规范更严格的抗震措施,关键构件采用抗震性能化方法设计;对转换层进行精细的有限元分析,以考察构件的空间整体效应;并对框支节点进行了三维空间精细设计,同时制定严格的施工控制措施。实践表明,本工程采取的超限设计对策和施工控制措施,可有效解决框支转换结构中的钢筋密集、施工质量难以保证等技术难题,确保该结构达到预期的抗震性能目标。