型钢混凝土柱基于变形的性能指标限值研究

通过对型钢混凝土(SRC)柱的性能等级划分，明确了各性能等级所对应的物理损伤状态及修复方法，以钢筋、型钢和混凝土的材料应变及构件承载力作为控制条件，综合判断SRC柱的各性能等级的界限状态。采用ABAQUS有限元软件，对按我国现行规范设计的360个弯曲破坏的SRC柱进行有限元分析，得到SRC柱各性能等级的转角限值，并且分析了轴压比、含钢率、体积配箍率、剪跨比和型钢截面形式对各性能等级转角限值的影响。研究结果表明：型钢混凝土柱内置型钢截面型式对各性能界限状态变形指标限值影响不大，轴压比对各性能等级限值影响很大，含钢率、剪跨比和体积配箍率对部分性能等级的限值有明显影响。对数值计算结果进行统计分析，得到了SRC柱各性能等级的位移角限值和塑性转角限值的统计特征值及回归表达式。研究成果可为钢-混凝土混合结构基于性能的抗震设计和抗震性能评估提供参考。     

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.     

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-混凝土组合核心筒的变形性能指标限值研究

以国内28个核心筒的拟静力试验数据为基础，按骨架曲线和破坏现象两种性能状态划分方法得到了核心筒的变形性能指标，并将两种方法所得到的结果进行对比，验证了基于骨架曲线划分性能状态方法的合理性。基于OpenSees软件平台并通过与试验结果对比验证，建立了核心筒的有限元模型并据此进行参数分析，得到了各性能状态的位移角限值，分析了轴压比、高宽比、连梁跨高比、钢板暗支撑含钢率、暗柱含钢率和角部含钢率对钢-混凝土组合核心筒在不同性能状态下位移角的影响。研究结果表明：轴压比与连梁跨高比对变形性能指标限值影响明显,增大钢板暗支撑含钢率能提高变形能力,高宽比和暗柱、角部含钢率对各性能等级的变形指标限值影响较小。对有限元分析结果进行统计分析,得到了钢 混凝土组合核心筒在各性能等级的变形指标限值，可为抗震性能设计提供参考。     

钢-混凝土组合核心筒的变形性能指标限值研究

以国内28个核心筒的拟静力试验数据为基础,按骨架曲线和破坏现象两种性能状态划分方法得到了核心筒的变形性能指标,并将两种方法所得到的结果进行对比,验证了基于骨架曲线划分性能状态方法的合理性。基于OpenSees软件平台并通过与试验结果对比验证,建立了核心筒的有限元模型并据此进行参数分析,得到了各性能状态的位移角限值,分析了轴压比、高宽比、连梁跨高比、钢板暗支撑含钢率、暗柱含钢率和角部含钢率对钢-混凝土组合核心筒在不同性能状态下位移角的影响。研究结果表明:轴压比与连梁跨高比对变形性能指标限值影响明显,增大钢板暗支撑含钢率能提高变形能力,高宽比和暗柱、角部含钢率对各性能等级的变形指标限值影响较小。对有限元分析结果进行统计分析,得到了钢-混凝土组合核心筒在各性能等级的变形指标限值,可为抗震性能设计提供参考。     

钢筋混凝土梁变形指标限值研究

基于性能的抗震设计关键在于可靠的结构弹塑性分析及合理的结构性能指标选取。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对结构构件在地震作用下的变形需求主要由相关的构造措施来保证,未能给出各结构构件在一定构造条件下变形性能的量化指标,因此无法给出结构构件层次的损伤状况。研究RC梁的性能指标限值是为了定量分析地震作用下RC梁的变形性能,建立判断RC梁性能水准的判定标准。采用ABAQUS非线性有限元分析软件对468根RC梁的破坏形态、变形性能及影响因素进行研究,根据有限元分析结果,对RC梁破坏形态的判定准则进行分析,并确定了RC梁的变形性能及现行建筑抗震设计规范所对应的5个性能状态的变形性能指标限值。结果表明:所提出的破坏形态划分标准能较好预测不同的破坏形态;可依据剪跨比、弯剪比、名义剪应力水平分类给出钢筋混凝土梁的变形指标限值。     

基于试验的型钢混凝土柱抗震性能指标限值研究

收集了206个国内外型钢混凝土(SRC)柱试验结果,分析研究剪跨比、弯剪比、轴压力系数、体积配箍率和配钢率5个主要参数对SRC柱破坏形态的影响,提出以剪跨比、弯剪比划分SRC柱破坏形态的方法。根据现行抗震设计规范和SRC柱的试验破坏过程确定SRC柱的5个性能状态,以构件骨架曲线为基础得到构件各性能状态的位移角限值。在不同破坏状态下,分析各性能状态位移角限值和5个主要参数的关系,得到轴压力系数是影响构件位移角限值变化的关键参数,统计得到与SRC柱5个性能状态对应的变形指标限值,并进行可靠性分析。结果表明该文所给出的破坏形态划分方法能够较好的预测不同的破坏形态|根据轴压力系数给出的SRC柱变形指标限值的保证率在合理范围之内。     

型钢混凝土剪力墙变形指标限值研究

为更好地评估型钢混凝土(SRC)剪力墙的抗震性能,对SRC剪力墙的破坏形态划分准则、性能状态划分方法及各性能状态的变形限值进行研究。基于收集的56片SRC剪力墙低周往复加载试验结果,以剪跨比和弯剪比为控制参数,将SRC剪力墙划分为弯曲控制和剪切控制两类破坏形态,分别提出对应的划分准则。根据DBJ/T 15-151—2019《建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程》,将SRC剪力墙划分为7个抗震性能状态。依据试验中试件的骨架曲线,定义3个关键性能点,提出SRC剪力墙各性能状态的变形指标限值的确定方法。对56片剪力墙的试验数据进行回归分析,依据回归结果建立SRC剪力墙的变形指标限值体系,并进行可靠性分析。结果表明：所给出的破坏形态划分方法能够较好地预测构件破坏形态,建立的SRC剪力墙变形指标限值体系的保证率在合理的范围之内,其中性能点1（无损坏）和性能点5（比较严重损坏）的失效概率均小于设定的最大失效概率(35%),性能点6（严重损坏）的失效概率为31%(弯曲控制)和41%(剪切控制)。     

型钢高强混凝土柱抗震性态水平及性能指标

我国现行抗震规范(GB 50011-2010)没有给出型钢高强混凝土结构基于性能设计的量化指标,无法评估其在不同地震设防水准下的性能状态,故有必要对其变形性能指标进行研究。本文首先将结构性能水准划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五档性能水平,给出了对应的破坏状态,确定结构性能水平失效判别标准。在总结126组试验数据基础上,提出了型钢高强混凝土柱五档性能水平对应的层间位移角限值。     

型钢混凝土剪力墙抗震性能研究

型钢混凝土剪力墙是一种广泛应用于高层混合结构中的剪力墙形式。本文采用通用有限元程序ADINA,以边缘构件含钢率为主要参数,对不同剪跨比的几组剪力墙承载力和变形能力进行了分析,并与考虑了剪力墙混凝土等级、轴压比、配筋率和边缘约束指标等参数影响的剪力墙性能进行了比较研究。对混合结构中剪力墙抗震性能的主要影响参数提出了设计建议。     

复杂高层钢结构抗连续倒塌能力分析关键技术研究

基于拆除构件法,通过显式动力有限元分析,对复杂高层钢结构待拆构件的选择、构件失效的模拟方法以及构件损伤评价标准的制定等关键技术进行了研究。结果表明：对于高层钢结构,竖向构件的敏感性可基本反映待拆构件的重要性,水平构件的敏感性可反映剩余结构发挥抗倒塌机制的储备大小。此外,还建立了基于美国性能化设计评估方法FEMA 356纤维模型的构件失效模拟方法,可使构件在动力响应过程中的失效破坏既满足FEMA 356构件变形极限又满足材料应变极限,同时还可依据FEMA 356中的构件性能水准与微观应变的对应关系评价剩余结构构件的损伤程度。运用该方法对案例工程钢结构的抗连续倒塌能力进行分析,结果表明：关键构件拆除后,结构未发生连续性倒塌,剩余结构能够形成有效的承载替代路径;大部分构件的塑性转角未达到IO水准,发生较大塑性变形的构件主要集中在替代路径的承载构件上。     

基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析

在增量动力分析的基础上,结合地震易损性分析,提出了基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析方法,该方法可以从概率角度定量评估该类工程结构的抗震性能。以设计的某50层超高层混合结构为算例,采用上述方法对该结构进行地震易损性分析,依据指定不同强度地震作用下各极限状态的结构地震易损性概率,评定该结构的抗震性能。结果表明：该超高层混合结构在7度多遇地震作用下,处于正常使用和基本可使用状态;在7度设防地震作用下,处于基本可使用和修复后使用状态;在7度罕遇地震作用下,处于修复后使用和生命安全状态。该结构基本满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求,具有良好的抗震性能。     

钢筋混凝土框架核心筒结构地震韧性评价

随着中国高层建筑的蓬勃发展，“大震不倒”的性能目标已经不能满足现代社会的需求，提高其地震韧性是当下高层建筑抗震的发展趋势。对比目前代表性的韧性计算方法，构建了一种基于构件损伤状态的结构使用功能量化方法，提出了结构地震韧性的评价流程，并应用于典型钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构的地震韧性评价。研究结果表明：所提出的基于构件损伤状态的使用功能量化方法能较好地反映结构在不同地震水准下的使用功能损失；钢筋混凝土框架核心筒结构算例具有较好的地震韧性，在多遇、设防和罕遇地震水准下的韧性分别为99.95%、98.68%和88.69%，在多遇和设防地震水准下，非结构构件对钢筋混凝土框架核心筒结构算例地震韧性的影响明显大于结构构件。     

基于能量原理的超限高层建筑结构抗震分析

由于仅采用强度和位移两项评估指标,基于性能的抗震设计方法并不足以全面描述结构抗震性能及破坏特性,本文将结构的耗能能力也同时作为超限高层建筑结构抗震性能的评估指标之一,以结构的能量时程反应来描述结构在地震作用下的抗震性能。在结构满足强度和位移指标的情况下,把结构的能量分析作为抗震性能评估的一种补充分析,以强度、位移、能量分析等综合指标来全面综合评估结构的抗震性能。     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。     

填充墙框架结构基于性能的抗震评估方法研究

结合国内外对框架结构性能水平的划分标准,将填充墙框架结构的性能水平划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和接近倒塌五个阶段;提出填充墙框架结构各性能水平的失效判别参数和标准,在统计国内外大量试验数据的基础上,提出其不同性能水平对应的层间位移角限值。以等效压杆模型模拟填充墙,采用能力谱方法比较无墙和含墙型框架在地震作用下的响应,并将填充墙框架的实际层间位移与所提性能指标进行比较,结果表明结构在多遇及罕遇地震作用下均满足预定的性能目标。     

Study on seismic design method of high-rise structures resistant to rare earthquakes on basis of progressive seismic failure mode

针对高层结构罕遇地震作用下局部集中损伤破坏易导致整体倒塌的问题，及超静定次数消耗集中且不充分的结构地震失效本质，确定了高层结构耗能构件分批次充分消耗超静定次数的多阶段塑性发展路径，提出了高层结构塑性发展充分、失效方向可控、失效路径延长的渐进地震失效模式。同时，考虑结构多阶段塑性发展过程中地震作用的往复特性、高阶振型影响和非线性内力重分布特点，建立基于多阶段振型组合的标准地震作用，给出了多阶段塑性发展的抗震性能量化需求，建立了基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法。该方法将高层结构渐进地震失效全过程的复杂设计简化为有限塑性阶段的分段抗罕遇地震设计，解决了高层结构难于抗罕遇地震量化设计的难题。为验证该设计方法的有效性，对一幢10层高层结构进行了抗罕遇地震设计，通过非线性时程分析方法验证了按所提方法设计的结构能够实现结构渐进地震失效模式以及结构抗震性能目标，并对比分析了按所提方法设计的结构与按现行规范方法设计的结构的抗震性能，得到按所提方法设计的结构在地震动峰值加速度为0.22g作用下耗能提高了57%，在非线性静力推覆作用下非线性抗力（基底剪力）最大值提高了15.59%。     

基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法研究

针对高层结构罕遇地震作用下局部集中损伤破坏易导致整体倒塌的问题,及超静定次数消耗集中且不充分的结构地震失效本质,确定了高层结构耗能构件分批次充分消耗超静定次数的多阶段塑性发展路径,提出了高层结构塑性发展充分、失效方向可控、失效路径延长的渐进地震失效模式。同时,考虑结构多阶段塑性发展过程中地震作用的往复特性、高阶振型影响和非线性内力重分布特点,建立基于多阶段振型组合的标准地震作用,给出了多阶段塑性发展的抗震性能量化需求,建立了基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法。该方法将高层结构渐进地震失效全过程的复杂设计简化为有限塑性阶段的分段抗罕遇地震设计,解决了高层结构难于抗罕遇地震量化设计的难题。为验证该设计方法的有效性,对一幢10层高层结构进行了抗罕遇地震设计,通过非线性时程分析方法验证了按所提方法设计的结构能够实现结构渐进地震失效模式以及结构抗震性能目标,并对比分析了按所提方法设计的结构与按现行规范方法设计的结构的抗震性能,得到按所提方法设计的结构在地震动峰值加速度为0.22g作用下耗能提高了57%,在非线性静力推覆作用下非线性抗力（基底剪力）最大值提高了15.59%。     

Nonlinear time history analysis of China Pavilion for Expo 2010 Shanghai China

The peculiar building style and special structural system of the National Hall of China Pavilion for Expo 2010 Shanghai is a long‐span and large cantilevered steel–concrete hybrid structure with a shape of an inverted trapezoid in elevation and local discontinuity of floor slabs in plan for esthetic and functional considerations. Because of these characteristics, the building is classified as an irregular and complex structure. To investigate the seismic behavior of the structure, a refined finite element model was established by using NosaCAD. To simulate the nonlinear behavior of the members, the fiber section model was chosen for compression‐flexure frame members, and nonlinear flat shell element was chosen for tube wall. Nonlinear analysis was carried out to study the seismic behavior of the structure under the minor and major earthquakes at the level of intensity 7. With the analysis, the deformations, internal forces and damage states of the structure were investigated. Analysis results show that there is no damage on structure under minor earthquake, the structural system has sufficient capacity and ductility to resist major earthquake, and seismic performance objective of no damage under minor earthquake and no collapse under major earthquake can be reached. The deformation of the structure is less than the limit of the Chinese code. The order and distribution of damages on components of the tubes are reasonable, which can dissipate some dynamic energy. Finally, weak points were identified, and some corresponding suggestions were put forward to improve the overall seismic performance of this structure. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。