钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌破坏的研究现状与对策分析

总结了罕遇地震作用下结构倒塌破坏的研究现状,重点分析了建筑物倒塌破坏的系统性和不确定性,对比了不同的倒塌破坏准则和倒塌破坏分析方法,给出了建筑物倒塌的临界状态定义。研究结果表明：现有的倒塌破坏准则无法准确定义结构的倒塌破坏;时程分析法更为精确,且较少地引入了地震动随机性影响,更适于结构倒塌研究;建议的倒塌破坏区间能够更好地反映倒塌破坏特性;塑性变形集中是框架倒塌的主要原因,应重视柱端塑性铰发育导致的结构整体性能退化;相关研究成果可为定量研究建筑结构的倒塌破坏提供理论基础。     

应用残余弯矩系数法分析结构静载机构破坏极限承载力

介绍了对格子梁体系进行静载机构破坏极限承载力分析的一种方法──残余弯矩系数法．残余弯矩系数法不仅可以处理单片梁,也可以处理格子梁体系,即可以用于自动适应（ｓｈａｋｅｄｏｗｎ）分析,也可以用于静载机构破坏极限承载力分析．将该方法用于例桥和实验桥的分析中,结果表明,残余弯矩系数法具有足够的精确性．针对这一方法,编制了一套软件程序ＺＤＳＹ．     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用S A P2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明：7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。     

结构体对爆炸冲击载荷响应的数值模拟

分析了单自由度弹簧－质体体系对爆炸冲击载荷的特征响应，建立起结构体对爆炸冲击载荷响应的数值模型，并从此模型出发，对爆炸冲击波破坏准则Ｐ－Ｉ准则进行合理性分析，确定其可靠性．     

地震作用下结构弹塑性位移反应规律的研究

通过对单自由度体系在不同类型地面运动作用下的弹塑性位移反应特性的研究,总结了结构在地震作用下的位移反应规律,为考虑塑性累积疲劳损伤的结构地震破坏准则的研究提供依据。     

建筑物裂缝初步分析

建筑物的破坏往往始于裂缝的出现和发展，因此必须研究裂缝的原因及危险性，砼及砌体抗压强度高，抗拉强度很低，极限拉应变约为0．0002－0．0005，危险截面是脆性破坏，因此裂缝的出现和开展是危险的，通过对裂缝的观察分析，及时采取措施，倒塌是可以避免的，可使损失，破坏减小到最减小程度。     

边柱失效后RC板柱结构连续倒塌性能试验研究

制作了2个缩尺比例为1/3.5的单层1×2跨的RC板柱子结构试件,对其开展了边柱失效情况下的静力倒塌试验,研究其倒塌破坏模式和破坏机理等连续倒塌性能,探讨混凝土板底配置斜向构造钢筋对RC板柱结构连续倒塌性能的影响。试验结果表明：在失效柱节点区发生冲切破坏后,相邻角柱和边柱的节点区域先后发生弯剪破坏;加载过程中混凝土板顶面和底面分别形成了以失效柱为中心的弧形裂缝分布和放射型裂缝分布;由失效柱承担的荷载在剩余结构中主要沿楼盖板的短跨向相邻柱传递;与未配置板底斜向构造钢筋的试件相比,配置板底斜向构造钢筋试件的开裂荷载、第1个峰值荷载和极限抗倒塌承载力分别提高了78.3%、32.3%和50.7%;布置斜向板底构造钢筋的试件在倒塌过程中荷载动力增大系数（DIF）的最大值和波动幅度均明显减小。分析可知,拉膜效应是板柱结构中一种重要的抗倒塌工作机制;在对边柱失效情况下的板柱结构开展静力倒塌分析时荷载动力增大系数（DIF）的取值既不应小于1.16,也不应大于2.0;配置板底斜向构造钢筋可以作为提高RC板柱结构薄弱区域抗连续倒塌性能的一种有效构造措施。最后,基于试验提出了边柱失效情况下板柱结构的抗倒塌承载力计算模型,计算值与试验值的对比表明该计算模型可用于对边柱失效情况下板柱结构抗倒塌承载力的评估。     

对市毛纺二厂中南楼倒塌的分析研究

本市第二毛纺厂中南楼是一幢三层四跨的纯框架结构，它在1976年7月28日的唐山地震中，结构遭受了严重的破坏．后经过加固，在同年的11月15日的宁河地震作用下，房屋全部倒塌，笔者利用平面杆系模型，对其结构进行弹塑性分析，以期得到影响该房屋倒塌的因素。     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

钢框架结构连续倒塌分析模型及应用

采用集中塑性铰模型模拟构件的材料非线性特征,建立平面钢框架结构的非线性倒塌模型,对某平面钢框结构分别进行了线弹性及非线性的连续倒塌分析,并将两者的计算结果进行了比较.结果表明,线弹性分析可以利用DC指标判定结构中的最薄弱部位,非线性方法可得到坍塌时结构的所有破坏部位,并可确定最终的坍塌破坏范围.     

地震动特性对单自由度系统地震能量响应的影响

合理地选取了4类场地320条强震记录,基于SDOF体系的地震能量方程,利用弹塑性动力分析程序,研究了地震动特性对SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,结果表明,SDOF体系的地震总输入能、滞回耗能、阻尼耗能都随着震级的增大而增大,阻尼耗能是中长周期结构在小震作用下消耗地震能量的主要方式,而滞回耗能则是结构在大震作用下消耗地震能量的主要方式;随着场地土质的变软,各类地震能量响应都呈递增趋势,它们的增幅也随着场地土质的变软而加剧;只要以某一设防烈度为标准,并给出相应的能量反应谱,则其它设防烈度的能量反应谱就可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到.     

RC框架结构地震倒塌反应分析

本文研究了极限后负刚度段对钢筋混凝土框架结构地震倒塌反应的影响,从理论上探讨了结构地震倒塌模式,提出了以退化刚度比作为破坏参数的地震破坏模型,最后,通过实例数值模拟分析,重点讨论了负刚度模型对强震下钢筋混凝土框架结构的强度、变形和延性等方面特性的影响。     

不同滞回模型下单自由度系统的位移和能量反应

为考察塑性耗能、阻尼耗能、延性以及刚度突变对于抗震和减振的意义,对冲击和简谐荷载作用下的不同滞回模型(理想弹塑性、双折线线性强化型、剪切滑移和非线性弹性模型)的单自由度(SDOF)系统振子进行了理论和数值的分析.通过研究得到了冲击荷载下,结构所能承受的荷载等于结构的最大静力承载力;并给出了结构的最大位移、振幅等计算式.在简谐荷载作用下,当荷载频率低于结构自振频率时,总体上振幅随后期刚度增大而减小;当荷载频率远大于结构自振频率时,结构的振幅几乎保持不变.结构的塑性耗能比阻尼耗能更有利于结构振动位移的控制,尤其在共振条件下更为显著.     

能力曲线折线简化方法对比研究

将结构的能力曲线简化为二折线是确定结构的恢复力骨架曲线特征点(屈服点和屈服后刚度)、计算结构延性和等效阻尼比的关键.文中介绍了三种曾经建议的由结构能力曲线确定等效屈服点和屈服后刚度的方法,对三个框架结构算例采用上述建议方法计算的等效屈服力和屈服位移进行了对比分析,并以此屈服点和屈服后刚度作为等效单质点体系的恢复力骨架曲线,采用非线性动力时程分析法计算了等效单质点体系在罕遇地震下的最大弹塑性位移,通过与杆系模型非线性动力分析法计算的顶点位移对比,从而得到关于能力曲线简化方法的建议.     

考虑阻尼器极限状态的单自由度体系地震响应

为了研究液体黏滞阻尼器失效的3种极限状态（承载力极限状态、位移极限状态、混合极限状态）对单自由度结构体系地震响应的影响,首先对黏滞阻尼器的3种极限状态进行数值模拟,利用Ruaumoko-2D得到数值分析模型;其次,将两个层数分别为2层和10层的钢筋混凝土结构分别等效为两个单自由度体系,并与上述黏滞阻尼器并联,在逐级放大多条地震波和正弦波作用下,研究黏滞阻尼器的承载力极限、位移极限和混合极限对该单自由度体系在不同强度的地震作用下结构响应的影响.通过与不考虑极限状态的单自由度体系作比较,得到位移比随着输入地震动峰值速度的变化规律.     

小波分析在桥梁结构损伤检测中的应用

大型土木建筑结构在长期使用过程中会因各种因素而产生损伤和结构强度退化,如果没有及时发现和采取必要的措施,将可能发生严重的事故,造成生命和财产的巨大损失。利用结构的振动特性的变化评估其健康状况,是当前研究的热点问题。本文基于结构振动测试和小波变换技术,确定结构可能发生的整体性能退化或局部损伤的大小和位置,以便应用于大型结构尤其是桥梁结构的在线损伤检测中。首先通过数值模拟分析得到结构的振动响应信号,再经过小波分析得到各阶子信号,进而获得各阶子信号的能量谱及损伤前后能量谱的变化。通过观察各阶子信号的差异和能量谱的变化评价结构的损伤状态。     

建筑结构地震火灾效应分析方法

为在建筑结构设计时考虑地震引发火灾对建筑结构的作用和影响,提出建筑结构地震火灾效应分析计算方法,此方法结合结构地震反应分析与火灾热力反应分析,通过简化的建筑结构地震损伤模型,考虑地震损伤的同时,连接结构的热传导分析与热力分析,从而实现地震火灾效应计算。运用此方法对一单层和一多层混凝土框架分别进行了分析,并与没有考虑地震损伤时框架的高温试验结果进行了对比,分析结果表明,考虑地震作用后的结构在火灾下的破坏形态可发生改变,结构耐火极限随着地震作用的增加而降低。     

非弹性结构体系的概率地震损伤分析

综合考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应等典型滞回特性的影响,提出了双向激励下非弹性体系地震损伤分析的新型数值模型。结合所筛选的69条地震记录,定量地分析了双向地震激励、强度退化、刚度退化、捏拢效应等因素对地震损伤指标的概率统计特征的影响。计算结果显示：非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以描述为Frechet或Lognormal分布随机变量;双向激励下非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以近似表达为单向激励下非弹性单自由度体系的地震损伤指标的平方和开方;减小结构的屈服后刚度或考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应的影响可以明显加剧结构的地震损伤程度。     

基于水平单向偏心结构的二维MPA方法

目前结构性态评估方法的研究基本都是以单自由度体系和单向地震动输入为前提的,而实际地震动的多维性、结构的空间耦合特性使目前基于单自由度体系的结构性态评估方法存在较大的局限性。本文在对水平偏心结构模态分析的基础上,建立了单向水平偏心结构的等效二自由度模型（EDDOF）,用以表征单向非对称结构体系的平扭耦联效应。然后对EDDOF体系进行了振动特性分析,在验证EDDOF模型正确性的基础上,提出了二维MPA方法（2DMPA）,并通过一个偏心钢框架结构算例验证了2DMPA方法的正确性。结果表明：本文提出的二维MPA方法可以精确描述单向非对称结构的弹性地震反应,在非弹性情况下的精度较高,可用于偏心结构的性态评估。     

Study on optimum arrangement of hysteretic dampers in frame structure

The earthquake mitigation effect of hysteretic dampers is not only related to the number, stiffness, strength, deformation ability of dampers but also to the strength and stiffness of the structure. This paper studied the condition that structures should be in when the hysteretic dampers mitigated seismic action most effectively and made appropriate numerical analysis to verify the effectiveness of theory derivation. The inelastic seismic responses were analyzed for the SDOF system that the shear strength ratio of the damper system was taken differently and the result showed that when the ratio was in the vicinity of the optimum strength ratio of the damper system, the displacement of the structure was minimum and the energy dissipation of dampers was maximum, which indicated that the dampers mitigated seismic action most effectively. The result also indicated that the hysteretic dampers had significant earthquake mitigation effect when the strength ratio β changed in a relatively wide range.