高层建筑结构抗震性能评估方法的研究与改进

为在高层建筑静力弹塑性分析中考虑高阶振型的影响,在模态Pushover分析方法基础上,采用能力谱法替代原有的动力时程分析,在现行规范加速度反应谱基础上计算结构各振型等效单自由度(ESDOF)体系各性能水平的位移反应,然后将其转化为相应多自由度(MDOF)结构的位移反应,并通过振型组合方法(SRSS)求得结构的总位移反应,用其与剪力墙的目标位移进行比较,判断设计结果是否满足性能目标要求。结果表明:该方法较合理地反映了结构在设计地震作用下的位移需求。     

基于Park-Ang模型的框架结构地震损伤性能评估

借鉴Pushover分析和混凝土构件损伤评估的基本思想对结构进行性能评估.通过能力谱方法,得出罕遇地震作用下结构的层间位移,采用Park-Ang模型计算结构各层的损伤指标,并结合非线性静力分析的结构构件塑性铰的发展、分布情况对结构的性能水平进行评估.本文方法利用结构滞回耗能与结构最大位移的关系求解结构的滞回耗能,极大地...     

基于设计反应谱的空间结构弹塑性地震反应分析方法

空间结构非线性等效单自由度体系的荷载-位移曲线后屈服段较短,采用等能量方法将其转化为双折线时易产生较大计算误差,且双折线拐点需迭代确定。针对此问题,采用Ramberg-Osgood模型描述空间结构等效单自由度体系荷载-位移滞回曲线;基于等效线性化方法,采用最大位移对应的割线刚度作为等效线性体系刚度k_e;对滞回曲线积分得到滞回环面积,令滞回耗能与等效线性体系阻尼耗能相等,导出等效黏滞阻尼ζ_e。将线性加速度设计反应谱变换为T(周期)-ζ(阻尼比)-d(位移)格式,与空间结构等效线性体系的T_e(等效周期)-ζ_e-d曲线联立,用图解法直接计算等效线性体系的地震位移反应,并进一步得到空间结构的整体地震反应。采用所提出的方法计算柱面网壳和球面网壳结构的非线性地震反应。结果表明：该方法简洁高效,无需迭代,易于编程实现,对空间结构地震位移反应求解精度较高。     

能力谱法中等效阻尼比的误差分析及假设检验

通过一单自由度和一多自由度算例,对考虑等效阻尼比的传统能力谱法和采用弹塑性反应谱的改进方法进行比较,并和非线性动力分析对比。为验证等效阻尼比的假定,构造了能产生完整、对称滞回环的特殊地震动。结果表明:采用等效线性体系考虑附加阻尼的传统方法低估了结构响应,有较大误差;同时说明结构的塑性滞回耗能与等效阻尼比并无直接联系,即等效阻尼比的假设并不准确;而采用弹塑性需求曲线的改进方法和真实反应吻合较好。     

基于性能的钢混框架结构多元模糊地震损伤评估

考虑了基于性能设计的位移和能量等多种因素,利用整体损伤指数、最大层问位移角、滞回耗能循环次数和楼层能量集中系数定义了钢筋混凝土框架结构三水准抗震设计的地震损伤性能目标。运用模糊数学中的综合评判方法确定多因素与模糊损伤集合的关系,建立了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的多重模糊损伤评估方法。该方法可通过结构推覆分析和能力谱方法实现,并具有准确简单实用的效果。     

近远场地震动对单自由度体系滞回耗能需求影响研究

为研究地震荷载作用下弹塑性单自由度体系的滞回耗能需求,分别输入多条不同的近远场地震动记录,进行单自由度体系的滞回耗能时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下单自由度体系的滞回耗能需求存在明显差异,近场地震动对体系滞回耗能需求要求更高。提出了单自由度体系的滞回耗能速度谱的概念,并分别从地震动特性和结构自身特性两方面分析不同参数对滞回耗能速度谱的影响。研究表明,近远场、地震动的强度、场地条件对体系的滞回耗能需求有明显影响,单自由度体系的阻尼比对滞回耗能速度谱有明显影响。研究结果为更好地在结构设计中考虑地震动特性及实现基于能量的结构抗震设计思想提供了依据。     

非比例滞变阻尼线性体系的反应谱CCQC法

基于比例阻尼体系建立的振型分解反应谱法应用广泛,是各国规范常用的结构地震作用效应计算方法,直接将其用于非比例阻尼体系(如设置耗能阻尼器的结构)是不合理的.为拓展规范反应谱法的适用范围,在基于复阻尼模型的滞变阻尼模型复模态叠加法基础上,该文结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC (comple...     

基于能量分析强震持时指标的选择

基于能量结构地震弹塑性分析过程中,地震记录的强震持时是影响结构能量需求的重要指标。利用拟合设计反应谱的人工地震记录、对实际记录进行调整后与设计谱相匹配的地震记录以及实际地震记录,对不同滞回模型和不同自振周期的弹塑性单自由度结构体系以及按现行规范设计的12层钢筋混凝土框架结构进行弹塑性时程分析。通过分析5种不同类型的强震持时指标与结构总输入能、滞回耗能、阻尼耗能以及构件耗能之间的相关性,得到了与结构能量响应相关性较高的强震持时指标。结果表明,一致持时指标与各能量项之间的相关性较高,因此,进行能量分析时可选择一致持时作为参考指标。     

基于能力谱法原理的改进模态静力弹塑性分析

模态静力弹塑性分析法中,动力时程分析部分的可操作性较差,且分析结果不稳定.用能力谱法替代原有的动力时程分析,在现行规范加速度反应谱基础上计算结构各振型等效单自由度体系各性能水平的位移反应,然后将其转化为相应多自由度结构的位移反应,并通过平方和开方法求得结构的总位移反应,用其与结构某一性能水平的位移(层间位移角)限值进行...     

基于能量指标的高层钢结构动力弹塑性抗震能力研究

能量参数作为结构抗震性能的重要指标,因结构滞回耗能和损伤机理的复杂性而较少被研究或仅对SDOF系统进行能量反应分析;然而,真实的结构是多维空间体系,结构构件在空间上具有协同工作的特点,将低维条件下的研究成果推广到更高维的层次上有一定的局限性。针对该问题,基于能量分析方法,研究了1个3×6跨、18层、高55m的高层钢结构在多维地震荷载作用下的抗震性能。明确结构各种能量成分占总输入能的比例关系、结构的极限耗能能力、层间滞回耗能分布规律、结构的损伤(塑性铰)分布,并讨论了不同加速度峰值下瞬态滞回耗能、滞回耗能幅值谱和由能量分析获得的结构等效阻尼比等诸多参数。基于能量指标的分析方法较好地反映地震荷载作用下结构的抗震性能。     

多层石膏墙体钢网格式框架结构影响系数研究

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》并未给出多层石膏墙体钢网格式框架结构的结构影响系数,因此其抗震设计荷载取值还不明确。基于此,依据GB 50011-2010规范设计了6个典型的多层钢网格式框架结构模型,通过推覆分析得出结构的能力谱曲线,基于改进能力谱法得出罕遇地震和抗震设防烈度地震作用下的需求谱曲线。将结构的能力谱曲线和延性需求谱曲线族置于统一坐标系中,确定结构的目标位移以及性能关键点坐标。进一步考虑层数及标准层布置对结构延性和超强系数的影响,评估结构的抗震性能并给出结构影响系数取值。研究表明：多层钢网格式框架结构在抗震设防烈度地震和罕遇地震作用下的变形均满足抗震规范要求;其结构影响系数取3.0,位移放大系数取4.0;该结构可采用现行抗震规范进行设计,但设计结果偏于保守。     

规则结构抗震性能评估的改进能力谱方法

通常结构抗震性能评估的能力谱方法只能考虑结构的第一振型,不能考虑高振型对结构反应的影响,因而得到的结果具有一定的误差。通过引入等效振型和等效振型参与系数,建立一种可以考虑高振型影响的等效单自由度体系,利用结构抗震性能评估的能力谱方法对结构进行抗震性能评估。这种方法可以避免对结构进行复杂的非线性动力时程分析,而且能够得到比动力时程分析更多的结构抗震信息。实例分析表明,在结构的弹性反应阶段高振型对结构位移反应的影响并不显著,但是在非弹性反应阶段,高振型对结构位移反应有较大的影响;通常能力谱方法得到的评估结果比结构的实际反应要小,偏向于不安全的一面,建议的方法能够得到比较合理的结果。     

SSI体系Pushover分析方法的研究

刚性假定的结构体系的Pushover分析方法已日趋成熟,但对于考虑土与结构动力相互作用(SSI)体系的研究和应用还很少。由于土与结构动力相互作用的复杂性,使得其非线性动力分析难于应用于工程实践,尚处于科学研究阶段。寻求一种相对简单的土与结构相互作用体系的非线性地震反应分析方法是目前需要解决的课题之一,基于能力谱法的Pushover分析方法为此问题的解决提供一条有效的途径。本文根据土与结构相互作用体系的经典模型,推导了一种等价的单自由度体系,基于这种等价体系提出了一种基于能力谱法的土与结构相互作用体系的Pushover分析方法,并与时程分析结果进行了比较,结果表明这种方法可以很好地预测土与结构相互作用体系的地震反应。     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

Nonlinear seismic response of reinforced‐concrete free‐standing towers with application to TV towers on flexible foundations

Reinforced‐concrete (R/C) free‐standing towers such as TV towers are often analysed using elastic analyses as fixed‐base cantilever beams, ignoring the effect of soil–structure interaction. To take the capacity of structures after yielding into account, most designers usually prefer to decrease the peak values of the elastic response spectrum for the maximum credible earthquake (MCE) anticipated at the site by a factor called the ductility capacity factor, which varies with the design earthquake level and the structural characteristics of the structure neglecting the effect of supporting soil. To investigate the effect of foundation flexibility on the response of R/C free‐standing towers deforming into their inelastic range during intense ground shaking, a linear sway‐rocking model is applied in numerical modelling of the soil–structure system. The effect of concrete cracking and reinforcement yielding on the elements used in the structure modelling is taken into account by introducing a nonlinear model for R/C frame elements using the moment–curvature (M–?) relation. A method called pseudo‐dynamic analysis is presented to quantify the inelastic seismic response spectrum of a soil–R/C free‐standing system using response spectrum analysis method and push‐over analysis technique. The earthquake responses of cracked and uncracked systems for a practical TV tower and a practical range of soil shear wave velocity are calculated and compared with the objective of understanding how soil–structure interaction influences structural responses. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于位移模式的改进能力谱法结构位移反应分析

能力谱法是基于性能抗震设计方法中结构位移反应分析的有效方法之一。为了克服常规的能力谱法在评估结构地震反应时只考虑结构第一振型的局限性,本文作者提出了基于位移模式的改进能力谱法,引入考虑多振型的位移模式,介绍了该方法的实施步骤,基于位移模式对结构进行Pushover分析得到体系的能力曲线,采用等效阻尼比和延性系数得到需求谱,从而计算结构的位移响应,并通过算例验证本文所提出方法计算结果的可靠性。     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

考虑钢筋锈蚀的震损结构抗震性能评估

提出了考虑钢筋锈蚀的震损结构抗震性能评估方法,分析了钢筋混凝土结构考虑钢筋锈蚀因素及地震作用后结构抗震性能的变化;通过数值算例获得了考虑钢筋锈蚀的震损结构的能力谱曲线,并与完好结构的能力谱曲线进行对比,验证了该方法的有效性及实用性.结果表明:钢筋锈蚀及地震损伤对钢筋混凝土结构抗震性能影响较大,对震损结构进行考虑钢筋锈蚀因素的抗震性能评估是十分必要的.     

Procedure for determining the seismic vulnerability of an irregular isolated bridge

A seismic vulnerability procedure, based on the capacity/demand ratio approach, is applied to an irregular isolated bridge. Special features are incorporated in both, demand estimation and capacity evaluation. The seismic demand is represented by an average pseudo-acceleration spectrum derived from 159 earthquake accelerograms recorded in the region where the bridge is located. The capacity spectrum method is adopted for estimating the structural expected performance for several limit states. The capacity curve derived from a static non-linear procedure is obtained by means of a lateral load pattern that follows the displacement configuration, previously assessed by the use of time history analyses of the bridge supported on non-linear isolator bearings. Based on a moment–curvature analysis of the pier's sections, the maximum curvature ductility was established for each of the four defined performance limit states. Finally, probability density functions of the bridge capacity and demand were assessed and fragility curves were proposed aimed at determining the expected behaviour of the bridge as function of peak ground acceleration (PGA) of the typical strong motions recorded in the area.     

地震作用下新结构体系中阻尼器研究

对巨-子型有控结构体系进行了随机振动谱及时程分析,显示出了这种新结构体系具有优良的抗震性能;在结构反应敏感部位合理安装耗能阻尼器后,子结构的调频优势不会削弱,阻尼器的耗能作用充分体现,所以结构反应可以进一步降低;针对这种新结构体系,建议了一种简单、易于工程实现、减震效果明显、且不改变结构自振频率的阻尼器———粘滞阻尼器。