基于增量动力分析方法的空间掉层框架结构的抗地震倒塌能力研究

参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计了7度(0. 10g)区非掉层框架以及掉层框架原型结构,并采用PERFORM-3D软件对相应的平面和空间模型10个算例进行对比分析。基于增量动力分析方法对非掉层框架和掉层框架结构进行了抗地震倒塌能力研究。按照FEMA 350倒塌判定准则对比了两种模型的倒塌易损性曲线规律,同时考察了各算例的抗倒塌安全储备系数,统计了结构的各层间峰值位移角、倒塌模式及倒塌概率。分析结果表明:1)对于第一种倒塌极限状态,在平面模型中,非掉层框架结构安全储备系数值小于掉层框架结构,而在空间模型中则相反; 2)在第二种倒塌极限状态下,非掉层框架结构的抗地震倒塌能力远远弱于掉层框架结构,而且在此极限状态下结构的抗地震倒塌能力、倒塌概率以及倒塌模式都与地震动的输入方向有关; 3)地震动方向对掉层框架结构的抗地震倒塌能力及相应的安全储备影响较大,双向地震作用下,结构可能出现不同于平面模型和单向地震作用下的新倒塌模式,抗地震倒塌安全储备更小。     

柱轴压比对我国RC框架结构抗地震倒塌能力的影响

首先用纤维模型和美国ATC-63委员会推荐的IDA方法,对按照我国现行抗震规范设计的24个钢筋混凝土框架结构(7度设防,跨度、层高、层数不同)的抗地震倒塌能力进行了分析,发现框架柱轴压比是影响框架结构抗地震倒塌能力的最主要因素,轴压比和结构的倒塌储备系数CMR具有一定的线性负相关关系,现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。通过改变框架柱截面尺寸调整轴压比后的进一步分析表明,控制轴压比可有效改善框架结构的抗地震倒塌能力。     

地震作用下掉层钢框架结构抗倒塌能力分析

采用PERFORM-3D程序对掉层钢框架结构进行了抗震倒塌能力研究。考虑不同的掉层情况和结构措施,设计了2个普通钢框架结构模型和4个掉层钢框架结构模型(其中2个模型带拉梁加强),利用增量动力分析方法对上述钢框架模型进行了易损性分析和抗震倒塌能力评估。结果表明,掉层钢框架结构的抗震倒塌能力与掉层数关系不大;采用拉梁加强的掉层钢框架,上接地侧的抗震倒塌能力和抗震倒塌安全储备性能有所提高,但掉层侧的抗震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备降低;增加拉梁的数量对该类结构影响不大,但会改变其破坏模式;上接地侧倒塌模式下,上接地一层是上接地侧最薄弱的楼层;掉层侧倒塌模式下,上接地二层是掉层侧最薄弱的楼层。     

基于纤维梁单元框架结构的地震倒塌研究

框架结构地震作用倒塌模拟及抗倒塌方法研究是结构抗震研究的重点,有限元方法的应用使得研究变得可靠易行。研究结构在不同地震作用下的抗倒塌能力与防倒塌措施是研究者和工程人员普遍关注的重点。通过运用非线性纤维梁单元建立适于我国现行结构规范的钢筋混凝土框架结构,选择合理的分析参数和地震模拟方法,对结构在不同地震作用下的倒塌性能进行了研究,并通过改变关键参数和模拟技术,得出影响结构地震作用倒塌的因素和权重。     

丙类与乙类设防RC框架结构抗地震倒塌能力对比

按照GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》6～8.5度的丙类与乙类设防要求分别设计了10个典型RC框架结构算例,采用基于动力增量时程分析(IDA)地震倒塌易损性分析方法得到了各算例结构在遭遇罕遇地震和特大地震时的倒塌率,据此对不同设防烈度的丙类和乙类RC框架结构的抗地震倒塌能力进行了评价分析。研究指出,结构的抗倒塌能力需根据结构的绝对抗震能力和相对地震动强度来进行评价。分析结果表明,对于6～7.5度抗震设防的结构,因其绝对抗震能力偏低,抗震设防烈度仅由丙类提高到乙类,其在遭遇特大地震时的抗地震倒塌能力仍较差,需采取进一步的措施增强其抗震能力。     

基于IDA分析的结构抗地震倒塌能力研究

结构体系的合理性对提高结构在极端灾害下的抗倒塌能力具有非常关键的作用,但目前尚缺少对结构体系合理性和抗倒塌能力的定量化评价方法。本文以结构抗地震倒塌为例,首先对结构的安全储备进行了讨论,指出结构的安全储备包括构件层次的安全储备和整体结构体系安全储备,并对影响结构体系安全储备的因素进行了分析。而后,为了更好地评价整体结构体系的抗地震倒塌安全水平,介绍了近年来国际上趋向采用的基于增量动力分析(IDA)的倒塌储备系数(CMR),并以框架结构为例介绍了用倒塌储备系数衡量整体结构抗倒塌能力的具体方法。     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

汶川地震典型RC框架结构抗倒塌加固效果分析

以汶川地震震中附近的一栋典型RC框架结构为背景,分别采用普通支撑、防屈曲支撑(BRB)和粘滞阻尼器支撑3种加固方案来提高其抗震能力,并采用基于动力增量分析(IDA)的地震倒塌易损性分析方法,对各种加固方案的抗倒塌能力及其影响参数进行了分析。结果表明:以结构抗倒塌能力为目标,粘滞阻尼器支撑加固方案的效果优于BRB加固方案,而BRB方案的加固效果要优于普通支撑加固方案;相同参数情况下,A型支撑布置方案的加固效果优于X型支撑加固。     

山地城市掉层框架结构抗地震倒塌能力研究

由于底层柱嵌固端在不同水平面而形成的掉层框架,其在大震甚至特大地震作用下的安全性备受关注。通过对一榀5层3跨掉层框架模型的拟静力试验进行破坏模式分析,校验了有限元模型模拟掉层框架结构受力反应的准确性。并对普通框架、掉层框架和带拉梁的掉层框架共6个算例进行抗地震倒塌易损性分析,定量评估了各算例的抗地震倒塌能力,分析其破坏模式与抗地震倒塌能力的关系。结果表明:掉层框架的破坏模式表现为上接地楼层柱率先发生破坏;掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架,且与所掉层数关系不大;上接地楼层柱的率先破坏是造成掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架的主要原因;增设拉梁对于提高掉层框架结构抗地震倒塌能力无明显效果,但对掉层框架结构的破坏模式有影响。     

锈蚀RC框架结构抗地震倒塌能力研究

锈蚀引起钢筋截面面积缩小、力学性能劣化以及钢筋混凝土间粘结性能退化等,是导致结构抗震性能退化的最主要因素。基于增量动力分析(IDA)方法,通过对不同锈蚀程度的RC框架结构进行抗地震倒塌易损性分析,讨论了钢筋锈蚀程度对RC框架结构在大震、特大地震下的抗地震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备能力的影响,并根据分析结果提出了相关建议。结果表明,钢筋锈蚀程度对其抗地震倒塌能力有重要影响,特别是在特大地震下,当钢筋锈蚀率大于10%时,其影响最为显著。     

不同比例板式楼梯对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响

既存RC框架结构房屋,14开间,设有2部板式楼梯,原设计遵循GBJ11-89《建筑抗震设计规范》,但结构整体计算未带楼梯.以此结构为原型,缩略若干标准开间,形成了14开间、10开间和7开间的3组模型.整体计算考虑带楼梯和不带楼梯两种情形,采用MSC.MARC有限元软件建立了6个算例,进行逐步增量时程分析,研究不同比例楼梯对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响.结果表明：带楼梯计算相对于不带楼梯计算,结构整体抗地震倒塌能力的计算值增大,且楼梯比例越大,计算值增大越多;带楼梯计算时,楼梯将首先发生局部破坏甚至倒塌,早于结构整体倒塌,而楼梯间的框架柱亦成为结构中的薄弱部位.     

脉冲型地震作用下 RC 框架结构抗倒塌性能研究

为研究脉冲型地震动特性对RC框架结构抗倒塌性能的影响,采用小波分解的方法并结合脉冲指标在PEER数据库中选取脉冲型地震记录和普通无脉冲地震记录各10条,对比分析两类地震动的加速度谱、有效峰值、90%持时及相对累积能量特性,进而对1个10层RC框架结构进行地震易损性分析。结果表明:脉冲型地震动加速度反应谱右移较为明显,脉冲型地震动的平均谱谱值在中长周期段内明显大于普通无脉冲地震动平均谱谱值;脉冲型地震动的累积能量在较短的时间内释放可能会对结构抗震性能产生较大影响;普通无脉冲地震动和脉冲型地震动作用下结构抗倒塌储备系数分别为4.59和1.93,与普通无脉冲地震动作用下结构的抗倒塌能力相比,脉冲型地震动作用下结构的抗倒塌能力降低58%,该RC框架结构在脉冲型地震动作用下更容易倒塌。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌极限状态可靠度分析

将结构连续倒塌的全概率方法应用于地震作用下的结构整体连续倒塌极限状态可靠度分析,采用构件可靠度方法对结构进行地震作用下最可能失效构件的识别,基于改进点估计法的随机Pushdown方法和随机竖向增量动力分析(竖向IDA)方法,进行完好和损伤结构的概率抗竖向连续倒塌能力分析及参数灵敏度分析。采用整体可靠度方法,分析了损伤结构的竖向连续倒塌条件失效概率。基于系统可靠度理论和全概率方法,分析了RC框架结构发生侧向增量倒塌以及构件地震损伤引起的结构竖向连续倒塌的联合失效概率。分析结果表明,按照我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构具有良好的抗连续倒塌能力。     

地震作用下钢框架结构竖向连续倒塌可靠度分析

通过建立典型钢框架的连续倒塌分析数值模型,使用拉丁超立方抽样方法抽取随机样本进行可靠度分析,考虑结构参数的不确定性影响,确定完好结构在地震作用下发生局部损坏的概率。以大震作用下可靠度指标最小的构件作为结构的失效构件,基于整体可靠度方法,采用拆除构件法对失效构件进行拆除并施加地震荷载进行分析,得到不同失效模式下受损结构发生连续倒塌条件可靠度指标和失效概率。最后结合失效构件的失效概率,研究结构在地震作用下的连续倒塌全概率可靠度。研究表明,运用可靠度理论对钢框架结构进行连续倒塌可靠度分析,可以直观地得到地震作用下钢框架结构发生连续倒塌的概率,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

中小学框架结构教学楼抗连续性倒塌分析

汶川地震和玉树地震造成大量建筑物倒塌和重大人员伤亡,结构的抗连续倒塌分析再次引起工程技术人员的重视。为了研究中小学教学楼在常规设计条件下是否具有抗连续倒塌能力,本文按照现行规范设计了两栋典型的抗震设防烈度分别为7度和8度的中小学框架结构三维模型,依照有关规范中提出的抗连续倒塌的基本规定,采用弹性静力分析方法对拆除柱后剩余构件能否满足承载力要求进行判断。最后还分析了楼板对抗连续倒塌的影响及梁的悬链线机制。结果表明,按现行规范设计的中小学教学楼部分构件仍不能完全保证具有抗连续倒塌能力。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析（PCA）是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。