自复位形状记忆合金支撑抗震性能研究

基于形状记忆合金(SMA)的自复位支撑由于耗能性能好、震后无残余变形和性能稳定而得到研究者的广泛关注。详细介绍了SMA的力学特性,提出了一种新型自复位SMA支撑,采用通用有限元软件ANSYS建立了框架结构分析模型,对比了设置自复位SMA支撑的框架结构和不设置自复位SMA支撑的框架结构的抗震性能。研究结果表明,设置自复位SMA支撑的框架结构抗震性能得到了显著提升,震后损伤较小,结构功能能够快速恢复;自复位SMA支撑自身残余变形很小,能够实现震后快速修复和更换。     

震后可恢复功能木结构研究进展

震后可恢复功能概念引入木结构已成为近年来国际木结构抗震工程研究的热点。可恢复功能木结构体系主要包括自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构,研究表明,带有耗能机制的自复位及摇摆木结构具有很好的抗震性能,结构在震后无损伤或损伤很小,无需修复或稍加修复即可快速恢复使用。阐述了自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构的工作原理,对国内外的研究进展进行总结,综述了木结构中的预应力损失、结构损伤控制的研究成果以及可恢复功能木结构的设计方法。介绍了两个可恢复功能木结构工程案例和可恢复功能木结构的研究趋势,提出了对于耗能件设计、减少预应力损失、结构设计方法以及结构性能评估方法的热点研究方向。     

高层自复位剪力墙结构抗震性能分析

与传统剪力墙结构相比,强震下自复位剪力墙结构在减小结构自身损伤和控制结构震后残余变形方面具有优势,从而节约震后修复时间和费用,满足地震可恢复功能要求。但目前自复位剪力墙结构主要应用于低层建筑,高层自复位剪力墙结构应用较少,其抗震性能与经济性尚有待研究。本文基于我国抗震规范及抗震设防目标,以一幢十层宿舍楼为算例,分别采用传统剪力墙结构方案和自复位剪力墙结构方案进行设计。重点针对自复位剪力墙结构方案,采用直接基于位移的设计方法,并使用有限元软件OpenSees对结构进行弹塑性时程分析,验证其满足抗震性能目标。通过两种方案对比分析,结果表明自复位剪力墙结构在结构抗震性能、经济适用性方面较传统剪力墙结构具有优越性。     

双跨摇摆自复位结构的抗震性能研究

利用OpenSees有限元软件建立了具有相同框架部分的双跨摇摆自复位结构模型和普通框架结构模型,并对其进行静力弹塑性分析和弹塑性时程分析。通过对比两种结构的承载能力、变形和结构耗能,得出双跨摇摆自复位结构具有震后残余变形小、抗震性能良好和结构可恢复等优点。分析结果表明:双跨摇摆自复位结构能够保证其在地震作用后仅替换耗能器后继续使用,为震后结构的修复节省了成本,具有很好的工程应用前景。     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

基于性能的自复位钢框架震后功能恢复能力量化分析

自复位结构由于具有较好的抗震性能,近年来得到学者的广泛关注。目前对自复位结构体系的抗震性能评估仍然集中在结构的最大层间位移角、楼层的峰值加速度和残余层间位移角等,而对该结构体系的综合抗震性能评估较少,因此基于功能恢复能力的概念,以自复位耗能支撑钢框架和自复位屈曲约束支撑钢框架为例,对两种结构分别进行增量动力分析,得到结构体系的地震易损性曲线。进而计算结构的直接经济损失,基于地震损失评估模型,评估结构体系震后的恢复时间和总损失。最后,采用三种不同的功能恢复函数模型,对比分析了两种自复位结构震后功能恢复能力,为自复位结构体系的抗震性能分析提供参考。     

预应力预制框架节点修复机理试验研究

基于工程可修复及震后快速修复的需求,提出一种新型自复位预应力预制框架节点形式(PTED节点)。为了研究PTED节点的抗震性能,进行低周往复加载试验,试验结果表明,节点的弹塑性变形集中在耗能角钢上,梁、柱构件及预应力筋基本保持弹性,卸载后节点具有良好的自复位能力,残余变形小。基于PTED节点的自复位功能及损伤集中的特点,提出PTED节点的修复机理和修复方法,即震后利用预应力筋的回弹复位功能使结构恢复到正常状态,然后更换受损角钢完成修复。为了验证修复机理的正确性和修复方法的可行性,对修复后节点重新进行低周往复加载,试验结果表明,修复后节点的抗震能力与原节点基本等同。     

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。     

基于SMA和ECC复合材料的功能自恢复剪力墙#br# 抗震性能试验研究

剪力墙作为高层建筑广泛采用的水平抗侧力构件,承担着结构绝大部分的水平地震作用。因此,剪力墙受力性能的优劣对整个建筑结构的抗震性能尤为重要。为提高剪力墙的变形能力,减小剪力墙的损伤和残余变形,实现震后的快速恢复,提出一种具有自复位功能的剪力墙。在该剪力墙塑性铰区采用形状记忆合金筋(Shape Memory Alloy,简称SMA)替代纵向钢筋,实现墙体的自复位功能;采用工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)替代普通混凝土,解决混凝土的脆性剥落损伤。为检验新型剪力墙的抗震性能,设计制作4个剪力墙试件,分别为普通混凝土剪力墙、高延性ECC增强剪力墙、超弹性SMA增强剪力墙和SMA和ECC共同增强剪力墙,并进行低周往复荷载试验,对比分析剪力墙的破坏模式以及承载力、自复位能力、延性、耗能能力等抗震性能。研究结果表明：与普通钢筋混凝土剪力墙相比,SMA和ECC共同增强剪力墙不仅损伤小,实现功能的快速修复,而且自复位能力达到85%以上,构件复位效果显著;同时表现出较好的延性。     

铁路路基砂土地震液化及其加固措施

砂土在地震力的作用下变形及稳定与其物理力学性质和结构组成密切相关,且地震对地下结构的破坏,是随其埋深的增加而减轻的,对铁路路基工程而言,在路基本体及周围特定的地质环境条件以及运营过程中列车振动及冲击力的反复作用下,部分改变了原地基的物理力学性质,地基土抗震液化强度也随之改变,使问题变得更为复杂。因此,依据铁路路基工程的实际情况,进行砂土物理力学性质及抗液化强度试验,划分液化区与非液化区对路基工程的设计及加固是十分必要的。     

不同规范中地下结构地震反应分析的反应位移法对比研究

反应位移法是一种实用的地下结构抗震反应分析方法,该方法计算步骤相对简便,具有较好的分析精度,在地下结构抗震设计计算中得到广泛使用,已被包括《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)等多部规范所采用。但是由于该方法在理论推导上的不同,以及不同研究者理解上的不一致,导致现行不同规范的计算模型和荷载输入存在差别。文中给出反应位移法的推导过程,分析反应位移法中各项荷载的合理形式和意义,对现行不同规范中反应位移法的计算模型作出明确判断,通过与动力时程计算结果的对比分析表明：反应位移法中地震作用的输入通过结构周边自由场应力实现,忽略部分周边自由场应力的计算模型是不合理的。     

高强度结构钢研究现状及其在抗震设防区应用问题

近年来,随着钢材生产工艺的进步及一大批重点工程、标志性建筑的兴建,高强度结构钢在工程中的应用逐渐增长。高强度结构钢与普通强度钢材的力学性能存在明显差异,然而现有设计规范的制定是基于普通强度钢结构的试验与理论研究,其能否适用于高强度钢的结构设计有待进一步研究。首先介绍了高强度结构钢的经济性与其在国内外工程中应用的概况,然后总结了国内外关于高强度结构钢在材料性能、基本构件力学行为、连接与节点性能和抗震设计方面的研究成果与现状。已有的研究结果表明,随着钢材强度的提高,其伸长率下降,屈强比升高,延性变差,阻碍了高强度结构钢在抗震结构中的应用。最后对高强度结构钢在地震设防区应用所面临的问题进行讨论,提出了高强度结构钢在抗震结构中应用的两种思路,并指出未来高强结构钢应用仍需开展的研究工作。     

整体式反应位移法的理论推导及一致性证明

整体式反应位移法是近几年提出的用于地下结构抗震分析的实用计算方法,目前适用于复杂断面形式地下结构抗震分析的整体式反应位移法已被《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）采用。该方法通过建立地层-结构整体模型来反映岩土介质与结构之间的相互作用、采用自由场地层模型计算等效输入地震荷载,避免了经典反应位移法中由地基弹簧的确定和使用带来的计算量和计算误差,同时弥补了经典反应位移法只适用于规则断面形状地下结构抗震分析的局限性。文章基于有限元离散模型,给出地下结构地震反应分析的整体式反应位移法的理论推导,并证明地下结构抗震设计标准中采用的整体式反应位移法与理论推导给出的整体式反应位移法的一致性,有助于对整体式反应位移法的理解和正确使用。     

纤维增强塑料(FRP)抗爆性能的试验方法及性能研究

面对以爆炸为主的恐怖主义及人为灾害日趋严重的威胁,结构抗爆逐渐成为研究的热点。从成因、对结构的作用机理和所产生的后果等方面,对爆炸荷载和地震荷载进行了对比研究,认为 FRP 加固结构抗震技术适用于结构抗爆加固,并从 FRP 材料、FRP 加固构件和 FRP 加固结构三个层次,简要介绍了目前主要的研究方法和研究成果。最后进了总结,并提出了以后在研究中需要解决的问题。     

土–地铁动力相互作用体系侧向变形特征研究

针对现有地下结构抗震分析方法用于地铁大型地下结构的可行性研究明显不足问题,根据中国抗震规范的相关规定设计了常见的3种场地类别,考虑输入地震动特性及其强度,通过84种有限元计算工况,分析了土–地铁地下结构非线性动力相互作用体系的侧向变形特征。结果表明,在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3个场地类别条件下输入加速度峰值较大时(0.3g和0.4g),或者场地类别为Ⅳ类时即使输入很小地震动峰值加速度时,土与结构相互作用系数均小于1,即大型地铁地下结构侧向土体总是"推着"地下结构产生最大相对变形,此时地铁地下结构周围土层的大变形将对地下结构抗震造成不利的影响。反之,将会出现地铁地下车站结构侧向最大变形大于等代土体单元的侧向变形,即地下结构的动力变形将受到周围土层的约束作用,此时将对地下结构的抗震起到有利作用。同时,也给出了场地类别和输入地震动特性对土–地铁地下结构相互作用系数的影响规律。     

Seismic performance evaluation of slender masonry towers: a case study

Historical structures and preserving their cultural values are crucial issues for humanity, not only because of their link to important certain periods in the past, but also their unique architectural features. Although many historical structures continue to offer services while keeping their historical values, some of them are at high risk in seismic prone regions. Therefore, the understanding of their structural performance under strong ground motions has been of significant importance to the civil societies as well as engineering community. The structural systems of historical buildings, generally, consist of masonry walls or piers. The behavior of such walls is controlled by either deformation or force. Seismic performance evaluation of historical structures can be carried out within the framework of performance‐based evaluation principles. This paper mainly discusses the basic principles to be considered in performance‐based seismic evaluation of historical structures. Proposed seismic hazard levels, evaluation of existing seismic hazard, selection of earthquake ground motions as well as site geology, geological and tectonic settings of the area, seismic activity of the region and local soil conditions are needed for a thorough performance evaluation. Seismic performance evaluation of a clock tower located in eastern Turkey was accomplished based on the proposed principles. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

可更换损伤元结构的特征与关键技术

结构抗震性能向功能可恢复、损伤元可更换提升是工程抗震设计的一个重要发展趋势。指出地震作用后结构功能的可恢复性主要依赖于结构变形的可恢复性，提出变形可恢复的结构体系可以由主结构和损伤元构成，应从预期地震作用下使结构损伤集中于特定构件（损伤元）的要求出发，重新认识分散耗能的机理、作用和抗震设计方法。回顾了近年来国内外对功能可恢复、损伤元可更换结构的研究和应用现状，阐述了可更换损伤元结构体系的本质特征，包括体系的损伤机制、残余位移、恢复力机制、变形相容条件和设计原则，归纳了损伤元的耗能机制、变形模式、构造形式。指出需进一步研发新型损伤元，构建损伤可控制、变形可恢复的结构体系，完善设计方法。     

高层建筑结构推覆分析及对设计的启示

本文作者及其研究小组在过去的几年中对混凝土高层结构进行了推覆分析的研究,并编制了相应的计算机程序(TBPOA)。为了满足复杂体型高层结构的需要,提出了多种类型的单元,包括梁柱单元、单片墙单元、三垂直杆墙元和筒体墙单元,与试验结果对比分析表明这些模型具有很好的精度,并且能够搜索到结构反应的全过程,甚至结构的软化阶段。3个实际工程的推覆分析结果表明:小震作用下弹性分析所得的结果并不能反映结构可能存在的薄弱部位,罕遇地震作用下的弹塑性变形应该考虑结构二阶效应的影响,抗震规范提供的抗震设计原则和构造要求在某些结构中并不能保证罕遇地震下的抗震性能,对复杂高层结构进行推覆分析或弹塑性时程分析是很有必要的。     

Influence of connection design parameters on the seismic performance of braced frames

Special concentrically braced frames (SCBFs) are commonly used lateral-load resisting systems in seismic design. In SCBFs, the braces are connected to the beams and columns by gusset plate connections, and inelastic deformation is developed through tensile yielding and inelastic post-buckling deformation of the brace. Recent experimental research has indicated that the seismic performance of SCBFs can be improved by designing the SCBF gusset plate connections with direct consideration of the seismic deformation demands and by permitting yielding in the gusset plate at select performance levels.Experimental research provides important information needed to improve SCBF behavior, but the high cost of experiments limits this benefit. To extend and better understand the experimental work, a companion analytical study was conducted. In an earlier paper, the inelastic finite element model and analysis procedure were developed and verified through detailed comparison to experimental results. In this paper, the model and analytical procedure extend the experimental results. A parametric study was conducted to examine the influence of the gusset plate and framing elements on the seismic performance of SCBFs and to calibrate and develop improved design models. The impact of the frame details, including the beam-to-column connections, the brace angles, and their inelastic deformation demands, was also explored. The results suggest that proper detailing of the connections can result in a large improvement in the frame performance.