近场地震作用下钢筋混凝土框架加固前后抗震性能分析

围绕偏心钢筋混凝土框架的加固设计和抗震性能开展研究。首先,介绍了某公司多层生产车间的结构特点,并综合利用增大截面、粘贴钢板和粘贴FRP等方法进行了结构抗震加固设计,验算了构件截面;随后,建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性和弹性时程分析,探讨结构的偏心不规则情况;最后,进行了结构在远场和近场地震作用下的动力弹塑性分析,对比分析了综合加固方案对结构抗震性能的改善和远、近场地震对多层偏心钢筋混凝土框架抗震性能的影响。研究结果表明:该结构近场地震工况下的响应大于远场地震工况,罕遇地震作用下底层层间位移角在近场地震工况可达远场地震工况的3.8倍;所设计的加固方案有效提升了结构抗震性能,罕遇地震作用下底层层间位移角平均减少75.9%。     

近断层地震作用下楼梯对隔震结构减震性能的影响研究

为了研究近断层地震作用下考虑楼梯影响的隔震结构的减震性能,本文建立考虑楼梯和不考虑楼梯影响的两个隔震结构模型,选取台湾集集地震中的2条近场有明显脉冲的地震波、2条近场无明显脉冲的地震波和4条远场地震波作为输入,应用数值分析软件Matlab2010对两组模型进行动力时程分析。通过对比模型的计算结果,在近场地震和远场地震作用下,考虑楼梯影响后隔震结构的上部变形明显减小,隔震结构的层剪力比明显降低,减震效果较好,隔震结构的减震性能提高。在近场地震中楼梯对隔震结构的减震性能的提高虽略低于远场地震,但对隔震结构的安全性和可靠性仍具有重要的意义。     

两层钢框架结构地震振动试验研究

为了研究钢框架在地震作用下的结构反应,该文设计制作了一个两层钢框架结构模型,进行3条地震波的振动台试验,研究钢框架结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性等力学性能.通过试验发现,钢框架在地震波作用下,整体性能保持良好;在加载的地震波加速度达到1.0g时,节点焊接处会出现明显裂缝;钢框架层间位移、层间位移角和应变随着地震波加载加速度的增加而增大;底层的层间位移角都大于顶层,表明底层受地震影响更大;钢框架各构件的拉应力和压应力呈近似对称关系.     

两层钢框架结构地震振动试验研究

为了研究钢框架在地震作用下的结构反应,该文设计制作了一个两层钢框架结构模型,进行3条地震波的振动台试验,研究钢框架结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性等力学性能.通过试验发现,钢框架在地震波作用下,整体性能保持良好;在加载的地震波加速度达到1.0g时,节点焊接处会出现明显裂缝;钢框架层间位移、层间位移角和应变随着地震波加载加速度的增加而增大;底层的层间位移角都大于顶层,表明底层受地震影响更大;钢框架各构件的拉应力和压应力呈近似对称关系.     

地震波特性对形状记忆合金自复位支撑框架响应影响

地震作用下屈曲约束支撑框架具有较好的消能减震效果,但是支撑进入塑性后残余变形较大,影响了框架震后可修复。将形状记忆合金(SMA)与屈曲约束支撑(BRB)组合,形成了SMA自复位屈曲约束支撑(SMA-SCBRB)。为了对比普通屈曲约束支撑(BRB框架)和SMA自复位屈曲约束支撑框架(SMA-SCBRB框架)的动力特性,基于已开展的足尺振动台试验模型,选用了6条近场地震波和4条远场地震波作为地震动输入,对比两类框架的动力反应。结果表明:BRB框架结构具有较好的消能减震效果,近场地震波作用下,BRB框架的顶点位移、顶点残余位移、层间位移角和层间残余位移角均大于远场地震波作用下的结构反应;将框架中的BRB按照"等屈服力原则"替换为SMA-SCBRB,近场和远场地震波作用下BRB框架和SMA-SCBRB框架有着相近的顶点位移和层间位移角,能够保证SMA-SCBRB通过轴向变形充分耗能;BRB框架具有较大的顶点残余位移和层间残余位移角,近场地震波作用下残余变形更大;而相应的SMA-SCBRB框架的残余变形降低,特别是下部楼层降低得更为显著,且SMA-SCBRB框架各层的层间残余位移角相近,对结构震后修复更为有利。     

带转换层商住楼的弹塑性地震反应分析

针对商住楼住宅结构地震时易产生应力突变,为提高抗震能力,对高层带转换层商住楼结构模型进行了不同地震波作用下的弹塑性动力时程反应分析,得到结构在不同地震波作用下的顶层与转换层位移时程,以及楼层位移包络图和层间位移角包络图,为薄弱层的设计提供理论上的参考依据。     

框架结构的三维地震弹塑性分析

利用弹塑性有限元理论和基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,引入变刚度梁单元和弹簧模型柱单元,建立框架结构空间三维杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下的框架结构进行了弹塑性反应时程分析,得到了结构的自振周期、各层层间位移角和顶层水平位移曲线,并对两组结果进行比较。通过对框架结构的计算,得到框架结构在地震作用下结构的薄弱环节。     

地震作用下框架结构的弹塑性反应分析

根据弹塑性有限元理论,运用基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,建立框架结构空间三维杆系模型和平面杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下对框架结构进行弹塑性反应分析,获得各层层间位移角和顶层水平位移时程曲线,并对两组结果进行比较.通过对模型的计算,得到框架结构在地震作用下出现塑性铰的先后顺序以及结构的薄弱环节.     

近场地震竖向效应对结构位移的影响

基于30组近场地震记录,研究了近场地震竖向效应对结构位移的影响。对6层和10层框架结构算例分别输入每一组近场地震记录进行动力时程分析,时程分析统计结果表明,近场地震竖向效应对框架结构楼层及层间位移具有明显的增大作用,必须引起地震工程界研究、设计人员的高度重视。     

近场脉冲型地震作用下框架结构特殊反应研究

基于Open Sees平台建立自振周期不同的3层、12层的框架结构模型,并对这些结构在近场脉冲型地震动和普通地震作用下的动力响应进行了研究。通过比较分析,得到了近场脉冲型地震与不含速度脉冲地震对结构反应影响的区别。结果表明:近场脉冲型地震动含有较丰富的低频成分,因此近场脉冲型地震动作用在中长周期的框架结构上产生的层间位移角远大于不含速度脉冲地震加载后产生的层间位移角,而在短周期的结构上二者产生的层间位移角相差不大,近场脉冲型地震动对长周期结构的影响更为明显。     

近场地震下考虑桩-土-框架结构相互作用的拟动力试验

考虑桩-土-结构相互作用,建立整个结构体系模型,在土槽实验室模拟框架结构在近场地震作用下的反应。由于下部结构的不可控性和土体的不确定性,提出采用反演分析识别下部结构的动力反应。试验中通过传感器有效的获取下部结构状态信息,确定桩-土工作状态,运用子结构的概念完成整个结构体系的拟动力试验。利用实验室大型土槽,设计一个以钢管桩为基础的8层框架结构,探讨脉冲型地震和常规地震下作用下钢筋混凝土框架结构的反应。通过对比结构的破坏形态、底层的位移时程曲线和滞回曲线得到:脉冲型地震作用下,结构的反应远远大于常规地震下的反应;高强度的速度脉冲将引起结构产生更大的残余变形,同时结构有更高的位移需求。分离出基础引起的结构变形,基础的转角将大大增加结构的顶点位移,并且近场地震放大作用更加明显。     

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构弹塑性层剪力分布研究

为研究Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)的弹塑性层剪力分布,设计了4个不同层数且具有理想整体屈服模式的Y-HSS-EBF结构,同时建立了Y-HSS-EBF结构振动台试验试件的有限元模型并进行了验证,在此基础上考虑了结构层数、近场地震的速度脉冲效应以及远场地震加速度累积循环效应的影响,通过非线性时程分析获得了Y-HSS-EBF结构在罕遇水准近场、远场地震下层剪力分布,基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的底部剪力法提出了Y-HSS-EBF结构弹塑性层剪力分布模式,并与现有层剪力分布模式进行了对比。结果表明:近场地震波的速度脉冲效应以及远场地震波的加速度循环效应对Y-HSS-EBF结构的层剪力分布影响较大,应考虑其对结构层剪力分布的影响;建议的层剪力分布模式与时程分析结果的误差最小,在精度上优于文中其他层剪力分布模式,可以为Y-HSS-EBF结构基于性能的设计方法提供参考。     

长周期地震动作用下高层结构地震反应的对比研究

从1999年台湾集集地震记录中分别选取4条远场长周期地震动和4条近场长周期地震动作为输入,在其能量特性分析的基础上,对比研究了某32层高层结构弹性地震反应的变化规律和差异。结果表明:随着地震动的Hilbert能量平均周期Tm E逐渐接近结构的基本周期,结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角逐渐增大;近场长周期地震动作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角普遍大于远场长周期地震动作用下的结果,且楼层的层间位移角明显超出了1/800的限值要求,设计时应关注长周期地震动作用下结构的变形问题。     

偏心框架结构在水平地震动作用下的弹塑性分析

通过单层质量偏心体系钢筋混凝土框架结构,运用ANSYS软件,建立钢筋混凝土有限元空间实体整体式模型结构,输入罕遇地震波进行弹塑性时程分析,研究在单向水平地震作用下结构弹塑性侧扭耦合扭转地震响应。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析

利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土框架结构构件中混凝土应变率进行了分析,将梁、柱的弹塑性在应力-应变层次上进行模拟;研究了多维地震输入下应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应的影响以及同一地震波不同峰值加速度下钢筋混凝土弹塑性地震反应的应变率相关性,对比分析了考虑应变率与未考虑应变率下的弹塑性地震反应的差别。研究结果表明:框架柱的应变率明显大于框架梁,并且上部构件的应变率小于下部构件,构件跨中截面的应变率小于端部截面;考虑应变率效应时结构的位移反应、基底剪力和弯矩发生改变,峰值加速度较大的地震波作用下应变率效应更为显著,应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应存在一定的影响,尤其对强震下结构进行抗震分析时应适当予以考虑。     

罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性反应分析

采用有限元软件进行单向、双向罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性时程分析,通过单向、双向罕遇地震作用下结构响应对比,分析了双向罕遇地震作用对结构顶点位移、层间位移角、楼层相对扭转角及相对加速度的影响;通过改变地震波输入角度,考察了其对结构响应的影响。结果表明:单向、双向罕遇地震作用下的结构层间位移角曲线较为相似,但是双向罕遇地震作用下的结构层间位移角明显较单向作用下的大;地震动特性对楼层扭转角的影响较为显著,一般相对扭转角最大值均出现在结构的顶层;楼层响应相对加速度最大值一般出现在结构底部1/5~3/5结构高度内或结构的顶部;地震波输入角度对结构响应的影响较大。     

不同地震动特性下RC框架校舍抗震加固残余变形分析

校舍的抗震性能和震后残余变形直接关系到学生的顺利疏散和学校的震后修复,因此,本文以RC框架校舍为背景对其不同地震动特性下的抗震性能和震后残余变形展开研究。首先,介绍了泰州市姜堰区实验小学敏学楼的工程概况和加固方案,并据此建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性分析;随后,进行多遇地震作用下的弹性和设防/罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并以层间位移角为性能指标对结构抗震性能水平进行了评估;最后,以层间残余位移角和顶点残余位移为指标对比分析了近、远场地震作用下的结构残余变形。研究结果表明,近场地震作用下的抗震性能水平和残余变形指标均差于远场地震作用下的结果,其中底层层间残余位移角为远场地震的1. 67倍;加固后结构在罕遇地震作用下的破坏模式由严重破坏降低到了不严重破坏,层间最大残余位移角最大降低了69. 9%,校舍逃生概率和震后恢复能力显著提升。     

考虑施工缝影响的框架结构地震反应时程分析

在总结框架试验研究成果的基础上,运用动力时程分析方法,对有施工缝框架和整浇框架的非弹性抗震性能进行了研究.采用层间剪切模型和三线性恢复力模型,分别输入8度多遇地震和7度罕遇地震作用下的迁安地震波、El Centro地震波和天津地震波,对两个框架的弹塑性地震反应进行了模拟.将有施工缝框架和整浇框架的顶层位移、层间最大位移、层间最大剪力进行了对比分析.模拟结果表明:有施工缝框架和整浇框架,在迁安波、El Centro波和天津波的作用下,结构顶层的位移时程曲线和加速度时程曲线随着地震动时间的变化规律是基本一致的.     

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险; 相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大; 随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。     

设置填充墙的框架结构试验研究与模拟分析

通过一幢20世纪70年代末建于8度地震设防区的砌体填充墙框架结构的模拟地震振动台试验,得到其破坏形态与过程,并与有限元分析进行对比。利用获得的较准确的有限元模型,进一步分析纯框架结构、设有砌体填充墙框架结构、设有钢筋混凝土填充墙框架结构在不同地震作用下的位移、层间位移角、层剪力等参数。结果表明:均匀填充少量砌体墙后,结构动力响应与纯框架结构较为接近,可在计算中忽略砌体墙的影响;填充少量钢筋混凝土墙后,结构自振周期明显缩短,结构位移响应减小,钢筋混凝土填充墙的影响不可忽略;合理增设钢筋混凝土填充墙是框架结构抗震加固有效方法之一。