罕遇地震作用下水电站厂房上部结构破坏模式研究

为揭示水电站厂房结构在罕遇地震作用下的破坏模式与抗震安全储备,基于ABAQUS平台,采用混凝土损伤塑性模型描述厂房混凝土,并通过子程序编程实现粘弹性人工边界以模拟无限地基,将人工波加速度峰值调整为罕遇地震对应的0.331g,针对某水电站厂房结构开展了动力非线性时程分析。结果表明,罕遇地震作用下厂房结构的破坏模式具体表现为下游立柱严重开裂、上游立柱开裂、上游墙底部开裂以及下游立柱出现轻微压损伤,混凝土损伤状态、钢筋应力、层间位移角均表明厂房结构自身具有较高的抗震安全储备,整体破坏程度在“可修”的水平。但上下游墙在顺河向的不协调运动会导致屋顶网架动应力非常突出,网架存在垮塌的风险,水电站厂房的抗震设计中应该充分重视屋顶网架与上下游墙的连接方式。     

水电站厂房抗震分析中地震动强度指标选择研究

为了探究适用于水电站厂房抗震分析的地震动强度参数(intensity measure,IM),基于某水电站地面厂房工程实例,首先选取42条天然地震动记录作为输入,对17种具有代表性的地震动强度指标与厂房结构的非线性地震响应进行相关性分析,评价各强度指标在水电站厂房地震响应分析中的适用性;然后基于增量动力分析(incre...     

基于能量耗散碾压混凝土重力坝地震损伤分析

摘　要：采用塑性损伤力学对混凝土重力坝进行非线性动力分析,通过研究塑性损伤本构中滞回曲线的特点以及地震中重力坝裂缝发展特征和结构能量耗散机理,建立了包含能量特性的大坝整体损伤评价指标。通过分析发现强震作用下坝体上部的损伤是结构的主要损伤,地震中的能量以结构阻尼耗散能量为主,混凝土损伤和塑性耗散的能量所占比例不大,但与裂缝的发展有直接关系。提出的大坝整体损伤指标可以综合的反应结构的整体损伤程度,以此对结构进行抗震设计,可以提高结构的抗震性能。     

近断层地震动斜输入下水电站厂房非线性地震响应研究

与远场地震动相比,近断层地震动往往有较大的速度和位移脉冲效应,且由于其发震断层埋深较浅,地震波垂直地表向上入射假定一般不再适用。目前关于水电站厂房抗震研究均未考虑近断层脉冲型地震动斜输入的影响。选取符合某水电站场地条件的近断层脉冲型和非脉冲地震动记录各5条,依据波动理论,采用黏弹性动力人工边界法,推导了SV波三维斜入射下的人工边界等效结点力计算公式,并进行了算例验证。建立了水电站厂房三维塑性损伤有限元分析模型,分析了水电站厂房在脉冲型和非脉冲地震动垂直和斜输入条件下的非线性地震响应。结果表明,近断层脉冲型地震动斜输入可以激起厂房结构的高阶振型,引起水电站厂房下部结构较大的损伤、位移、及应力响应,对厂房的破坏作用最强。     

基于位移的钢筋混凝土结构单层厂房易损性分析

通过按建筑结构抗震规范的规定构造加速度反应谱作为随机激励,构筑了我国四川地区典型钢筋混凝土结构单层厂房有限元模型,采用拟动力时程方法对结构的抗震性能进行了分析计算,得到了钢筋混凝土结构厂房的易损性曲线;同时,针对原型结构在地震作用下柱基础容易发生屈服破坏的情况,对原型结构基础采取了铅芯阻尼橡胶支座隔震加固措施,并对加固后的厂房结构进行了计算分析并得到了修正易损性曲线,通过对比得到结构在地基不失稳的前提下,在小震时发生中度以上损伤的概率非常小,在大震时随着承重结构进入塑性屈服发生中度以上的损伤概率开始逐渐变大,而且厂房结构纵横两个方向的易损性概率在大震时有差异,采取隔震加固措施后结构损伤概率明显减小。     

SV波斜入射不同自由场构建方法下水电站地面厂房地震响应研究

针对目前近断层地震动少有考虑斜入射以及存在不同自由场构建方法的问题,研究了不同自由场构建方法的精度及其对水电站地面厂房地震响应的影响。将总波场分解为内行场和外行场,基于波场叠加原理分析了地基各边界面上的3种自由场,推导了与各边界面自由场对应的等效节点荷载计算公式,并结合边界条件实现了平面SV波斜入射输入。分析了3种斜入射下整个地基的自由场及其相对于解析解的计算精度,不考虑地基底部和右侧边界外行场时,计算误差较大;考虑地基底部边界和右侧边界外行场时计算误差很小,最大误差仅为-3.8%。研究了3种自由场构建方法下脉冲型和非脉冲地震动对水电站厂房地震响应的影响。结果表明:不考虑地基底边界和右侧边界外行场时,厂房总输入能和损伤耗散能有较大增加,导致厂房下部尾水管结构出现大范围的损伤破坏,并且各项能量占总输入能的比重发生明显变化;在相同自由场构建方法下,脉冲型地震动对厂房的破坏能力更强,因此近断层区域内厂房的抗震设计应该引起重视。     

异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性,建立了土-异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型,通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动,研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性,揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程,建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。     

基于简化IDA的结构地震损伤评估方法

将等效单自由度（SDOF）体系假设与Pushover分析方法相结合,建议了一种简化的增量动力分析（IDA）方法。给出损伤指数R与结构反应限值和抗震三水准的对应关系。根据结构抗震失效概率公式给出结构地震损伤概率计算方法,进一步得到结构在不同地震强度下的损伤指数期望值R_e,用以评估结构的地震损伤等级。在此基础上建立了基于简化IDA的结构地震损伤评估方法。为了验证所提出的方法,按照不同场地设计了三幢结构模型,选取了典型地震动记录作为结构的水平地震动激励,对结构模型进行了IDA、地震易损性分析和地震损伤评估。通过算例分析表明,基于简化IDA的结构地震损伤评估方法计算量小,易于操作,但得到的结构损伤值较大,抗震评估结果偏于安全。     

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型EI北大核心CSCD

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。     

抗震规范中隔震装置的地震风险分析

目前关于基础隔震结构抗震性能评价的研究主要针对隔震层以上的上部结构,对于隔震装置的地震风险分析仍有待完善。以隔震层水平位移与隔震装置尺寸(支座的有效直径)的比值作为结构需求,借鉴《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)所规定的隔震支座的水平位移限值作为划分标准,初步建立基础隔震结构中隔震装置的概率地震需求模型,探索建立该地震风险分析方法。最后,以灾区已建成的一座七层混凝土框架基础隔震结构建筑作为算例,通过所提出的模型和方法对其隔震装置进行地震风险分析。     

装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明:这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。     

可复位桥梁外剪力键性能试验及承载能力评估

在桥梁抗震设计中,剪力键既要限制上部结构横向位移过大以防止发生落梁,又要避免传递过大的横向地震力造成桩基础的损伤,因此通常被设计成牺牲型单元。该文基于一种新型可复位桥梁外剪力键,并结合我国桥梁工程实际,对约束良好的4个新型可复位桥梁外剪力键试件进行单向水平荷载试验,阐明了该新型可复位外剪力键的破坏形态、失效模式和受力机制,分析竖向配筋率对该类新型外剪力键力学特性的影响,建立新型剪力键的承载能力计算公式,且计算结果与试验数据吻合较好。研究结果表明:该类新型剪力键能够有效地减小桥墩盖梁或桥台台帽损伤,且具有位移能力强、易修易换等优点,尤其适用于基于性能的桥梁抗震设计。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

钢筋混凝土框架-纤维增强混凝土耗能墙结构抗震性能试验研究

高性能纤维增强混凝土（HPFRC）具有受拉应变硬化和多裂缝开展性能,是一种理想的耗能材料。将HPFRC耗能墙装配于钢筋混凝土（RC）框架,形成RC框架-HPFRC耗能墙新型抗震结构。设计制作了2个1/2比例RC框架-HPFRC耗能墙结构模型,对其进行了拟静力试验,研究其破坏机理、变形和耗能性能等;分析了RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度。结果表明:RC框架-HPFRC耗能墙结构可实现“大震可修”的抗震设防目标;1个框架单元内装配2片与1片耗能墙相比,其水平承载力提高了38.3%,初始侧向刚度提高了1.78倍,但后期侧向刚度仅提高20%~30%,不同损伤状态的耗能能力提高了10%~175%,侧向变形能力基本相同;RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度系数分别为0.11和0.13。     

ECC修复震损剪力墙抗震性能试验研究

该文采用拟静力试验研究了采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)修复后的震损钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。先对剪力墙进行了初次拟静力试验,剪力墙呈现剪切破坏,混凝土压溃,脚部钢筋压弯、屈服甚至断裂,然后采用ECC对震损的钢筋混凝土剪力墙进行了修复,随后进行了再次拟静力试验。通过对比分析前后两次试验结果,从剪力墙破坏模式、承载能力、延性、耗能能力、刚度退化、钢筋效用发挥等方面的差异,综合评价ECC用于修复震损剪力墙的有效性。试验结果表明:a) 剪力墙的承载能力基本得到恢复;b) 在保证承载能力的前提下,剪力墙的延性得到提高,改变剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏;c) 提高墙体的耗能能力;d) 避免剪力墙墙脚混凝土的压溃和钢筋的屈曲,依靠ECC与钢筋良好的变形协调性,提高脚部钢筋的利用率。