梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究

采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的"强柱弱梁,强节点弱构件"延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了"强柱弱梁、强节点弱构件"的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。     

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。     

含端板螺栓连接耗能梁段的高强钢框筒结构基于性能的塑性设计方法研究

含端板螺栓连接耗能梁段的高强钢框筒结构(SFTSs)可以有效改善传统钢框筒结构的抗震性能,且可实现震后功能可快速恢复,是一种新型的高层可恢复功能结构。由于现行规范的抗震设计方法无法准确预测和控制结构的弹塑性性能,可能会使结构损伤集中于个别楼层出现薄弱层。为了设计具有理想失效模式的SFTSs,建立该结构体系“小震不坏,中震及大震可修,巨震不倒”的四水准抗震设防性能指标。考虑不同地震水准作用下的性能目标,采用三线型的能力曲线对传统的基于能量平衡的塑性设计方法进行改进,且考虑结构高阶振型和屈服后刚度的影响,提出了SFTSs基于性能的塑性设计方法。采用建议的设计方法设计了一个30层的结构算例,并基于OpenSees对结构算例进行弹塑性时程分析。结果表明:采用提出的设计方法设计的结构算例能够实现结构预期的失效模式以及不同地震水准作用下的性能目标,结构具有良好的抗震性能,验证了所提出的基于性能的塑性设计方法的有效性,可以为SFTSs的工程设计提供参考。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计方法的研究

针对汶川地震中框架结构大多未能实现"强柱弱梁"的问题,结合国外几个代表性规范的有关规定和文献资料,对我国规范"强柱弱梁"设计方法存在的问题进行了分析,指出影响"强柱弱梁"的主要因素包括柱梁抗弯承载力比、梁端钢筋超配、现浇楼板和材料强度的离散性等。根据"强柱弱梁"机制的结构受力特点,采用合理简化结构模型,通过20条强震记录的弹塑性时程分析,对柱梁抗弯承载力比需求η及其分布进行了分析研究,指出柱梁抗弯承载力比需求η随地震强度的增加而增大,并根据分析结果给出了不同抗震等级框架结构柱梁抗弯承载力比的设计建议。     

PC框架结构基于易损性的“强柱弱梁”设计方法研究

研究和震害均表明,按规范设计的钢筋混凝土框架结构很难实现"强柱弱梁"的破坏机制。当前指导我国预应力混凝土（PC）框架结构抗震设计的04规程是以01抗震规范为基础编制的,滞后于10抗震规范,因而,有必要进行PC框架结构"强柱弱梁"设计方法的研究。首先,考虑进行PC框架设计时其梁中受力钢筋预先确定的特点,提出均采用抗震等级为一级的RC框架结构"强柱弱梁"设计的方法,即:依据梁端实际抗震受弯承载力来调整其柱端弯矩的方法;其次,针对与新方法匹配的柱端弯矩增大系数的合理取值问题,依据04规程设计了抗震等级为一、二、三级的4个多层PC框架,并在OpenSees平台上对其建立非线性分析模型,建模时以框架能形成"强柱弱梁"的屈服机制为目标,在罕遇地震作用下,采用除框架底层柱下端外其他柱截面的纵筋均不屈服的梁铰机制,对每个框架分别输入35条地震波进行罕遇地震作用下的响应分析,并对柱端弯矩增大系数的需求值进行统计,结果表明:PC框架结构边节点和中节点处的柱端弯矩增大系数,在抗震等级为三级时可分别取1.05、1.0,二级时分别取1.25、1.15,一级时分别取1.3、1.2;最后,按新方法对抗震等级为二、三级的两个PC框架进行重新设计,并对其进行基于IDA的易损性分析,验证了本文所提出的设计方法的实用性。     

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。     

多维地震下双塔楼结构框架梁行波效应分析

考虑水平向和竖向地震波的行波效应,对北京LG大厦进行了时程分析,给出了该结构典型梁的内力信息并与在一致激励下的地震反应进行比较分析,探讨了这些梁截面的地震内力在地震行波作用下的变化规律。在进一步分析结构静力反应的基础上,分别得出结构在一致地震和行波地震作用下的抗震设计内力值,考察它们之间的差异,分析了不同的地震激励方式对结构抗震设计的影响,得出了一些有工程实践意义的结论。     

强柱弱梁框架结构设计

钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较小,地震作用引起的侧向位移较大,故合理的抗震措施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。其中“强柱弱梁”是一项关键控制措施．其目的是使框架结构在强震下形成具有较好抗震性能的稳定的屈服后塑性耗能机构,并避免结构形成同层所有柱端均出现塑性铰的层侧移机构。实际工程中,影响强柱弱梁的因素很多,如何抓住主要矛盾,在设计中真正实现“强柱弱梁”,已成为结构设计人员研究的课题。     

高层钢框架结构基于性能的塑性设计方法研究

在罕遇地震作用下,根据现行规范设计的高层钢框架结构会经历较大的非弹性变形,其非弹性性能在一定程度上难以预测和控制。根据功能平衡原理,该文提出了一种高层钢框架结构基于性能的塑性设计方法。预先选定目标侧移和屈服机制作为结构两个关键的性能极限状态。根据能量相等原则,即使结构单调达到目标侧移所需作的功等于等效弹塑性单自由度体系达到相同状态所需要的能量,来计算给定的地震水准下的设计基底剪力。采用塑性设计法设计框架构件和节点以便达到预期的屈服机制和性能。采用此方法对一幢10层钢框架结构进行了设计,然后采用动力时程分析法和静力非线性分析法验证了该方法的可行性,为高层钢框架结构基于性能的塑性抗震设计法提供了一定的依据。     

半刚接钢框架(柱弱轴)——内填剪力墙结构塑性机构分析

该文基于现有的SRCW结构体系的研究成果,结合半刚接钢框架(柱弱轴)-内填剪力墙结构滞回性能试验研究的试件破坏模式,建立了相应的塑性破坏机构。根据能量原理,采用迭代方法进行结构极限承载力计算,与试验实测对比分析。结果表明:计算结果与试件测试结果基本吻合,验证了该文塑性机构的合理性。     

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...     

RC框架结构地震均匀损伤优化设计

地震均匀损伤失效模式是指结构在强震下各楼层的损伤大小相同、侧向变形近似,并具有全局化的耗能机制,是结构较理想的破坏模式。提出了考虑土-结构动力相互作用影响的RC框架结构地震均匀损伤优化设计方法。以结构层间位移角均匀化为目标,以梁柱构件截面配筋为优化变量,考虑材料成本约束和配筋率等约束,融合结构层间位移角分布和梁柱构件转角大小,提出了基于优化准则法的RC框架结构均匀损伤优化设计方法。基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土-结构相互作用的RC框架结构分析模型。以两个5层和12层结构为例,研究了收敛参数对收敛速度和收敛稳定性的影响规律,分析了优化过程中各楼层配筋转移情况,对比了优化前、后结构的梁柱转角大小和层间位移角分布。结果表明,该文优化方法可使结构的损伤分布更加均匀,降低结构的最大层间位移角,提高结构的抗震能力。     

On the effect of plastic hinge relocation in RC buildings using CFRP

Relocation of nonlinear inelastic hinges away from the column faces towards the beams using externally bonded carbon fibre reinforced polymer (CFRP) is suggested as a promising method for retrofitting of reinforced concrete (RC) joints. This approach would also prevent the formation of undesirable brittle joint failure. In order to investigate the effects of this type of retrofit in the seismic performance of RC buildings, a numerical investigation pertaining to strengthening of an 8-storey intermediate RC frame using CFRP was conducted. The retrofit strategy focused on the relocation of the plastic-prone region away from the column faces and out into the beams. To pursue this objective, composite sheets were applied at the top and bottom sides of the plastic hinge regions of beams increasing the bending moment resistance. The additional flexural stiffness generated by the composite materials at the beam to column connections is calculated by a comparison of the moment-rotation of CFRP retrofitted and original joints obtained from the finite element analysis. A rigorous seismic assessment of the retrofitted frame was implemented using the nonlinear pushover procedure and the capacity spectrum approach. The analysis results indicate that a rehabilitation design as described combined with the strong-column weak-beam design philosophy would improve the seismic performance of structures significantly.     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

基于耐震时程法的钢筋混凝土框架结构抗震性能评估

耐震时程法的典型表征在于随着时间的增加,地震强度逐渐增大。基于非线性最小二乘算法合成了基于我国抗震规范反应谱的三条耐震时程曲线。以两个5层和12层钢筋混凝土框架结构为例,分别对结构进行22条天然地震动下的增量动力分析和3条耐震时程曲线输入下的非线性分析,对比研究了结构在不同强度下的最大顶点位移、最大层间位移角、最大基底剪力和结构滞回耗能分析,比较了结构在大震时的最大层间位移角分布和最大楼层剪力分布。分析研究表明,耐震时程法能较好的预测结构的抗震响应,其分析结果离散性小,宏观上与多条天然地震动分析结果的中位值吻合较好。由于耐震时程法仅需进行一次时程分析便可获得结构不同强度下的抗震响应,计算效率高,计算精度较好,这为结构的抗震性能评估提供了一种新的有效方法。     

不同抗震等级RC框架结构抗地震倒塌能力的研究

为研究抗震等级对钢筋混凝土（RC）框架结构抗地震倒塌能力的影响,根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）分别设计了不同抗震设防烈度和抗震等级的20个典型RC框架结构,应用动力增量分析法对框架结构进行了倒塌易损性分析,并对比了不同抗震等级框架结构的抗地震倒塌能力。结果表明:框架结构的抗震等级对其抗地震倒塌能力有重要影响,同一抗震设防烈度下,随着抗震等级的提高,其倒塌概率不断减小,倒塌储备系数（CMR）不断增大,框架结构的抗地震倒塌能力不断提高。框架柱的轴压比、纵向配筋率和体积配箍率是影响框架结构抗地震倒塌能力的重要因素。     

Flexural retrofitting of RC buildings using GFRP/CFRP – A comparative study

The effectiveness of fibre reinforced polymers (FRPs) in retrofitting/repairing of the reinforced concrete (RC) components has been studied in the past to great detail. However, the seismic performance of RC structures retrofitted using FRP composites is yet to be scrutinised in terms of lateral resistance, ductility, and failure mechanism. This is of high importance if the retrofitted structures are to withstand higher seismic ground motions than they were designed for and/or pulse-type ground motions. In a comparative study, this paper reports on the results of an investigation into the flexural strengthening of RC buildings using glass/carbon fibre reinforced polymers (GFRP/CFRP). An 8-storey code-compliant RC building was considered as the case study to represent the medium-rise structures. With a slight intervention in the lateral displacement ductility and provision of the weak-beam strong-column design philosophy, the strengthening design strategy is aimed at increasing the lateral resistance. For this purpose, composite sheets are designed to be applied at the two end regions of all beams and columns on a practical flange-bonded scheme. The nonlinear pushover analysis with lumped plasticity approach was implemented in order to compare the seismic response of the original structure with the GFRP/CFRP retrofitted structures. Following validation of the adopted models, the force–deformation curves of the nonlinear plastic hinges are determined in a rigorous approach considering the material inelastic behaviour, reinforcement details, and dimensions of the members. While the nonlinear results confirm a significant increase in the lateral load carrying capacity using both composite materials, the CFRP improvement was as much as twice of the GFRP. However, the latter provides higher ductility.     

基于性能的偏心支撑钢框架抗震设计方法研究

偏心支撑钢框架的理想失效模式为每层耗能连梁均屈服,底层柱脚形成塑性铰,传统设计方法基于强度设计理论,很难保证结构的弹塑性受力状态。该文提出了偏心支撑钢框架基于性能的抗震设计方法(PBSD),该方法以结构的目标侧移和失效模式来预测和控制结构的非弹性变形状态,保证偏心支撑钢框架在大震作用下各层连梁均参与耗能,而其他构件仍保持弹性,即偏心支撑钢框架的层间侧移趋于均匀,避免结构薄弱层的出现,便于偏心支撑钢框架的震后修复。依据PBSD方法分别设计了10层K形和Y形偏心支撑钢框架算例,采用静力推覆分析和非线性时程分析验证该设计方法的合理性,分析结果表明:依据PBSD方法设计的偏心支撑钢框架的极限状态接近于理想整体失效模式,即结构非弹性变形主要集中在耗能连梁中发生,且各层连梁均参与耗能,没有薄弱层出现。该方法为偏心支撑钢框架的工程优化设计提供了参考依据。     

掉层RC框架结构基于典型失效模式的失效概率评估

结构失效模式决定了结构在强震下的抗震性能。该文采用基于可靠度理论的割集方法，对掉层框架结构地震作用下的典型失效模型的失效概率进行评估，并与规则框架结构进行对比，分析了掉层框架结构失效模式的特点。结果表明:掉层框架结构的柱极限剪切失效模式年平均发生概率高于规则结构，且掉层框架结构存在剪切破坏先于弯曲破坏的风险，应采取适当加强措施以满足"强剪弱弯"的设计原则；对掉层结构进行基于年平均概率的柱剪力增大系数分析，建议对掉层结构上接地柱进行抗剪承载力设计时，采用抗震等级提高一级所对应的剪力增大系数，且上接地柱全柱段箍筋应加密布置。     

考虑损伤的结构抗震可恢复性

在定义结构剩余抗震能力比、结构整体抗震可恢复性指标以及对应于建议损伤区间的局部抗震可恢复性指标的基础上,考虑建筑物不同重要性和不同破坏影响,建议了不同的结构抗震可恢复性等级和相应的整体可恢复性指标变化范围,以及局部抗震可恢复性指标的下限值。结合易损性分析得到特定地震强度下得到其剩余抗震能力比的期望值。根据损伤区间规划、损伤性能目标以及各可恢复性等级结构剩余抗震能力比曲线下包络线,建议了结构抗震可恢复性概念设计框架。这种概念设计框架是在描述结构损伤程度的基础上,能够更加直接地评估结构面临受损或序列型强震时其剩余强度储备的情况。针对算例情况而言,按照现行规范设计的结构其抗震可恢复性和倒塌概率均满足要求,大震作用下结构剩余抗震能力比的期望值与最大结构层间位移有较好的对应关系,说明结构抗震可恢复性评估方法与常规设计方法之间的关联。