现浇楼板对钢筋混凝土框架结构在地震作用下破坏形式的影响

“5.12”汶川地震造成一些钢筋混凝土框架结构损坏甚至倒塌。灾后调查发现,框架结构震害特点之一是柱端而非梁端出现塑性铰的“强梁弱柱”破坏形式,这与结构抗震设计概念中的“强柱弱梁”不符。国内外研究表明现浇楼板增大了梁端抗负弯承载力,但其对整个框架结构屈服机制的影响研究依然不足。针对这种现象,应用有限元软件ABAQUS对汶川地震中都江堰市某典型“强梁弱柱”框架进行三维动力弹塑性时程数值模拟,着重从结构角度上分析了现浇楼板对框架结构抗震性能的影响、探讨了负弯矩作用下梁端有效翼缘的取值。经分析,发现按照目前我国规范设计的框架在遭遇大震时较难实现“强柱弱梁”屈服机制。框架设计时宜在柱端弯矩增大系数不变的情况下,负弯矩作用下梁端有效翼缘范围内的板筋参与梁受弯,建议该范围取6倍板宽;大震下框架弹塑性变形验算宜采用考虑现浇楼板的计算模型。     

柱端铰型受控摇摆式钢筋混凝土框架抗震性能的振动台试验研究

柱端铰型受控摇摆式钢筋混凝土框架结构,是经过特殊节点设计与结构控制理论相结合而形成的一种新型消能减震结构体系。通过对一个缩尺比1/3的三层三跨摇摆框架模型和一个同尺寸的常规钢筋混凝土模型进行模拟地震振动台对比试验,研究模型结构在不同水准地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应,分析结构的抗震性能。试验结果表明柱端铰型受控摇摆式钢筋混凝土框架集中耗能机制明确,地震作用后能自主复位,主体承重构件在大震下保持完好,是一种免损伤的新型结构体系。     

基于虚拟激励法的框架-摇摆刚架结构体系的动力可靠度研究

针对框架结构的受力特点,采用增设摇摆刚架的抗震设计方法。以某6层框架结构作为研究对象,建立结构体系的计算模型,并将状态空间与虚拟激励法相结合,求解结构的平稳随机响应;以所得随机响应计算框架-摇摆刚架体系的动力可靠度,探讨了多遇地震作用下不同刚度比的摇摆刚架对结构体系动力可靠度的影响。结果表明：通过增设不同刚度比的摇摆钢框架,可以有效降低结构体系各层及整体结构的条件失效概率,为工程设计和研究提供一些参考。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁整体失效模式可控设计

该文发展了钢筋混凝土框架结构强柱弱梁地震整体失效模式可控设计方法。基于能量平衡概念和塑性内力设计机制,提出了改进的能量平衡方程和塑性内力设计方法来实现具有不同滞回性能结构在不同设防烈度下的结构设计。设计了4个具有不同几何配置的结构,并研究了结构沿楼高的强柱弱梁系数分布。分别对结构进行Pushover分析和22条地震下的大震弹塑性时程分析,研究了结构的整体能力曲线、屈服机制、最大层间位移角分布和柱端弯矩需求。分析结果表明,该文所提方法不需要任何迭代便能实现结构预期的抗震性能和整体失效模式,克服了传统抗震设计需不断试凑迭代来满足抗震性能的缺点。     

基于改进能力谱法的砼框架Pushover分析

基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析框架极限状态的非线性有限元法。提出了改进能力谱法,定义了砼框架结构唯一的延性系数,确定Pushover曲线的极限状态点为性能点,通过性能点位于由延性系数所折减的非弹性需求谱曲线上的条件,求出框架的最大抗震谱加速度,评估框架的抗震性能。兼顾承载能力,得出相对受压区高度0.25―0.35,轴压比0.6―0.8的框架,具有较好的抗震性能。     

预应力钢带加固钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

预应力钢带加固技术是一种新型加固技术,采用预应力钢带加固技术对钢筋混凝土框架梁端、柱端和节点核心区进行约束加固,可以有效提高钢筋混凝土框架结构抗震性能。对一榀采用预应力钢带加固的1/2比例的单跨三层钢筋混凝土框架试件进行低周反复加载拟静力试验,结合试验研究结果,对预应力钢带加固钢筋混凝土框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、层间位移角、位移延性系数、耗能性能和刚度退化等抗震性能进行了深入分析。研究结果表明,试件最大层间弹塑性位移角可以达到1/28.8,预应力钢带加固钢筋混凝土结构具有良好的延性和耗能性能,是一种切实可行、效果良好的抗震加固技术。     

基于极限平衡理论的钢与混凝土组合框架结构抗震分析

基于极限平衡理论建立一种钢与混凝土组合框架结构罕遇地震作用时简化分析方法。通过理论分析和试验现象,确定组合框架破坏机制;基于极限平衡原理,根据结构在地震作用下达到极限状态时变形和内力分布规律,分别计算框架顶部侧移等于H/50、H/40和极限荷载对应侧移值时组合框架抗震强度,计算结果与国内外十九榀组合框架低周反复荷载试验结果吻合较好,说明此计算方法可有效地预测组合框架结构在罕遇地震下的抗震强度;提出通过对组合框架变形能力和抗震强度同时进行控制,以使结构满足罕遇地震下抗震要求的简化方法。     

基于Pushover分析的钢筋混凝土框架结构抗侧向倒塌能力评定

建筑物在地震作用下的倒塌是造成地震灾害的主要原因,如何合理评定建筑物的抗倒塌能力是结构抗倒塌设计的前提条件,也是对现有结构进行抗震性能鉴定与加固的基础。该文提出采用结构整体抗震性能系数作为结构整体抗侧向倒塌能力的定量评定指标,以一榀严格按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构为例,采用Pushover分析方法对其进行侧向增量倒塌分析,通过结构的失效模式来识别结构的破坏过程,得到了结构超强系数、延性系数、延性折减系数、反应修正系数以及位移放大系数,分析中考虑了不同侧向力分布形式、梁柱线刚度比、柱端弯矩增大系数(COF)对结构抗倒塌能力的影响。研究结果表明:通过结构整体抗震性能系数可以对结构整体抗倒塌能力进行定量评估,可以实现结构延性与承载力的双重控制。     

钢筋混凝土柱二阶弹塑性计算的图解法

对于钢筋混凝土柱的材料和几何非线性问题,基于正弦曲线的变形假设推导了钢筋混凝土柱二阶弹塑性极限荷载计算的图解法。通过分析钢筋混凝土截面弯矩-曲率关系曲线的切线特征,该法以柱子长细比和一阶偏心距为未知量,不对弯矩-曲率关系简化,直接将截面上弯矩-曲率关系曲线上的每一点作为极限承载力。采用分级加荷载的图解方法,能够同时得到荷载-挠度曲线的上升段和下降段。计算结果与试验值符合良好。结果表明:细长柱也可能出现材料强度破坏,其二阶极限承载力近似等于截面极限承载力。     

双向水平地震下7度区框架结构的“强柱弱梁”措施

结合汶川地震中钢筋混凝土框架结构的塑性铰普遍出现在柱端的震害现象,重点研究了"强柱弱梁"措施和"超烈度"对结构抗震性态的影响。按中国规范分别设计7度0.1 g区和0.15 g区三级抗震规则空间框架,并采用逐渐增大的"强柱弱梁"措施,对两类7度区框架各形成5个算例结构。在Open Sees平台上,计算框架在双向水平地震作用下的非线性反应。结果表明,抗震规范GB50011-2001给出的三级抗震的"强柱弱梁"措施取值明显偏低,在罕遇地震作用下7度0.1 g区框架塑性铰数量少、基本为柱铰,7度0.15 g区框架塑性铰数量较多、梁铰少。抗震规范GB50011-2010提高柱端弯矩增大系数取值后,结构的塑性铰分布规律基本没有改善。按抗震规范GB50011-2001设计的7度区空间框架在"超烈度"地震波作用下的损伤特征是塑性铰普遍出现在柱端,与汶川地震的震害现象一致,7度区框架的梁端地震组合弯矩小、现浇板钢筋影响幅度大、"强柱弱梁"措施过低、结构遭遇"超烈度"共同导致了该危险的塑性铰分布特征。     

基于能力需求比的RC框架结构反应修正系数评定

我国现行抗震规范隐含的结构反应修正系数为一个常数R≈3.0,为了评定RC结构反应修正系数的取值是否合理,引入了反应修正系数能力需求比的概念。按我国现行抗震设计规范设计了不同层数、不同设防烈度的17个RC框架结构,基于OpenSees有限元平台,采用Pushover分析方法对结构进行抗倒塌能力进行分析,得到“临界倒塌状态”时的结构反应修正系数能力值;分别采用静力能力谱和动力能力谱分析方法,对结构在罕遇地震作用下的需求进行分析,得到反应修正系数需求值及其变化规律;进而得到反应修正系数能力需求比λ,其值均大于1,结构满足“罕遇地震作用下结构不发生倒塌”这一性能目标,且按VIII度设防设计的结构的反应修正系数较合理,按VII度设防设计的结构的反应修正系数偏于保守,按VI度设防设计的结构的反应修正系数过于保守,VI度设防时结构反应修正系数可以安全提高。     

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏.为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法.设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设...     

The lateral load-deformation response of RC walls with a consideration of the height–length ratio

Reinforced concrete (RC) walls play an important role in resisting earthquakes, so understanding the lateral load-deformation response of an RC wall subjected to an axial load, shear, and moment is essential to nonlinear structural analysis. In this study, the moment-bending deformation response of an RC wall under an axial load and moment is obtained from moment–curvature analysis using the wall’s proper plastic hinge length. Furthermore, modified compression-field theory, adjusted according to the height–length ratio of the wall, is used to calculate the shear–shear deformation response of the wall under an axial load and shear. By integrating the moment-bending deformation and the shear–shear deformation responses, the lateral load-deformation response of the RC wall under axial load–moment–shear interaction can be reasonably determined. To confirm the reliability of the proposed method, experimental results for 67 RC walls are compared with analysis results from the proposed method. The statistical results show that the proposed method accurately predicts the lateral ultimate load but somewhat underestimates the lateral ultimate deformation. Finally, this paper gives an example using an equivalent column to simulate an RC wall using SAP2000 pushover analysis.     

基于FORM 有限元可靠度方法的结构整体概率抗震能力分析

将多级力控制Pushover分析方法与一次可靠度方法(First Order Reliability Method, FORM)相结合,提出了结构整体概率抗震能力分析的FORM 有限元可靠度方法。利用OpenSees 的有限元可靠度分析模块,将该方法应用于钢筋混凝土框架结构,并与蒙特卡洛模拟法分析结果进行对比。结果表明:该方法具有较高的精度和效率,为结构整体概率抗震能力分析提供了另外一种思路。     

Reliability analysis of reinforced concrete grids with nonlinear material behavior

Reinforced concrete grids are usually used to support large floor slabs. These grids are characterized by a great number of critical cross-sections, where the overall failure is usually sudden. However, nonlinear behavior of concrete leads to the redistribution of internal forces and accurate reliability assessment becomes mandatory. This paper presents a reliability study on reinforced concrete (RC) grids based on coupling Monte Carlo simulations with the response surface techniques. This approach allows us to analyze real RC grids with large number of failure components. The response surface is used to evaluate the structural safety by using first order reliability methods. The application to simple grids shows the interest of the proposed method and the role of moment redistribution in the reliability assessment.     

双轴压弯作用下RC桥墩矩形空心截面性能评价

针对双轴压弯作用下钢筋混凝土(RC)空心截面性能评价问题,该文根据双轴压弯作用下RC矩形空心截面中和轴布置的不同形式,推导了双轴压弯作用下其承载力计算公式和曲率计算公式。对双轴压弯作用下轴压比、配筋率和配箍率不同的3个RC矩形空心截面试件体桥墩的墩底控制截面,进行了承载力和转动延性分析,得出其在给定轴力作用下的M_x-M_y曲线和弯矩-曲率曲线,并通过其双轴压弯循环荷载试验,验证了分析结果的正确性和精确性。在此基础上,对一连续刚构桥梁的RC矩形空心桥墩的承载能力、截面转动延性以及相关参数进行了分析。结果表明,双轴压弯作用下两主轴方向弯矩耦合作用降低了截面的极限承载能力,单轴压弯作用的截面设计对结构是偏于不安全的;随中和轴与某一轴夹角的增大,该轴极限弯矩和曲率逐渐减小,而沿另一主轴方向的极限弯矩和曲率逐渐增大,但均小于其强轴方向的极限弯矩和转动曲率,该文的结论可为RC矩心空心截面桥墩的抗震设计和性能评价提供参考。     

建筑结构构件基于性能的抗爆设计方法

在我国,基于性能的设计方法已运用于工程结构抗震设计,但尚没有运用在结构抗爆设计。该文将基于性能的设计方法引入结构抗爆领域,提出了基于性能的结构抗爆设计方法,明确了基于性能的抗爆设计中的关键问题,给出了设计思路与步骤。在此基础上,以RC柱为研究对象,以轴心受压承载力损失为性能水平参数,划分了3个等级性能水平;根据典型的爆炸场景,确定爆炸的不同烈度等级,计算出RC柱承受的荷载;针对不同类别的建筑,确定两个水准的抗爆性能目标;结合现有RC柱承载力损失的研究成果,分析不同爆炸烈度下的RC柱的承载力损失,提出RC柱基于承载力损失的性能设计方法;基于确定的性能目标和设计方法,提出RC柱基于性能的抗爆设计步骤;最后,给出了RC柱基于性能的抗爆设计的算例。     

Reliability assessment of a tanker using the model correction factor method based on the IACS-CSR requirement for hull girder ultimate strength

The model correction factor method (MCFM) is adopted to assess the reliability of a Suezmax oil tanker considering the ultimate vertical bending moment capacity of the hull girder as a limit state. The approach uses the incremental iterative method proposed by the International Association of Classification Societies (IACS) Common Structural Rules (CSR) to evaluate the hull girder ultimate strength as a response model that is calibrated iteratively at the design points calculated by the First Order Reliability method (FORM) by means of advanced non-linear Finite Element Analyses (FEA). The considered loads are the still water and the wave-induced bending moments in a typical seagoing operational condition of the oil tanker in the full load and ballast load conditions. First, the predictions of the hull girder bending capacities calculated by the IACS-CSR method and by non-linear FEA are compared and then the efficiency of the MCFM for hull girder reliability problems is illustrated. It is shown that using semi-empirical response models, which include the important mechanical features with respect to the bending capacity of the ship hull girder, the reliability evaluation can be performed with a limited number of non-linear FEAs (less than 10) promoting the application of advanced response and reliability methods to complex structures.