自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法

与传统剪力墙结构体系相比,自复位剪力墙结构体系在地震作用下,会将材料非线性问题转为体系非线性问题,具有整体变形能力强、残余位移小的特点,因此,亟需针对自复位剪力墙结构,提出具有更高抗震设防要求的抗震设防目标以及相应的设计方法。基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,与2015年颁布的第五代《中国地震动参数区划图》相适应,提出了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌”抗震设防四水准目标。采用了基于位移的抗震设计方法进行自复位剪力墙结构设计。以一幢自复位剪力墙结构为例,给出四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例,并对其进行弹塑性时程分析,验证了所提出的四水准抗震设防目标下基于位移抗震设计方法的有效性,该方法也适用于其他可恢复功能结构体系设计。     

自复位装配式RC框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计方法

为了解决装配式混凝土框架结构节点连接薄弱、损伤机制不可控、耗能能力不足、震后难以修复等问题,针对带有可控塑性铰(CPH)的自复位装配式混凝土框架结构(SC-PRCF),基于能量平衡的抗震设计理念,考虑自复位结构体系滞回行为与理想弹塑性结构体系的差异,以及结构上部楼层塑性发展不充分等因素,参照可恢复功能防震结构的四水准抗震设防目标,提出了SC-PRCF结构抗震塑性设计方法。并设计了一榀7层SC-PRCF结构,同时按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了一榀7层现浇混凝土框架(RCF)结构作为对比。通过动力弹塑性分析,验证了抗震塑性设计方法的有效性和SC-PRCF结构性能的优越性。研究结果表明：按照抗震塑性设计方法可使SC-PRCF结构满足“小震及中震不坏、大震可修复、可更换、巨震不倒塌”的抗震设防目标,同时可获得“强柱弱梁”的破坏模式,实现了渐进屈服耗能,使全楼层均能参与能量耗散,且能延长失效路径,避免出现薄弱层。     

自复位剪力墙的三水准抗震设防与四水准抗震设防对比研究

基于三水准抗震设防的传统结构虽已逐步控制了建筑倒塌和人员伤亡,但造成的经济损失和社会影响仍然巨大.可恢复功能结构体系震后修复成本较小,能够减少地震造成的经济损失.但三水准抗震设防由于其局限性无法充分体现可恢复功能结构的优越性,因此,前期提出了可恢复功能结构体系的四水准抗震设防目标:小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨...     

基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构设计方法研究

为解决大震后传统防屈曲支撑-框架结构残余位移较大和修复难度大、成本高等问题，基于抗震韧性的思想，对传统防屈曲支撑-框架结构进行优化设计，提出功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系的设计方法，提升建筑的抗震能力和震后可修复性。以实际工程为例，采用传统防屈曲支撑-框架结构和基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构对其进行抗震设计，对比分析了两种方案的结构抗震性能和抗倒塌易损性。结果表明：大震下传统防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/15,超过《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)中建议的可修复范围限值1/200;功能可恢复防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/207,处于可修复范围，且倒塌概率远低于10%,具有良好的抗倒塌能力。功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系对于实现建筑震后快速修复或继续使用具有良好的可行性。     

震后可恢复功能木结构研究进展

震后可恢复功能概念引入木结构已成为近年来国际木结构抗震工程研究的热点。可恢复功能木结构体系主要包括自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构,研究表明,带有耗能机制的自复位及摇摆木结构具有很好的抗震性能,结构在震后无损伤或损伤很小,无需修复或稍加修复即可快速恢复使用。阐述了自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构的工作原理,对国内外的研究进展进行总结,综述了木结构中的预应力损失、结构损伤控制的研究成果以及可恢复功能木结构的设计方法。介绍了两个可恢复功能木结构工程案例和可恢复功能木结构的研究趋势,提出了对于耗能件设计、减少预应力损失、结构设计方法以及结构性能评估方法的热点研究方向。     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

一种受控摇摆式钢筋混凝土框架基于性能的抗震设计方法

受控摇摆式钢筋混凝土框架通过引入弹性摇摆柱和摇摆节点来弱化结构整体刚度,减少结构在地震中的损伤,并使用无黏结后张预应力筋提供结构弹性恢复力,实现结构地震后自复位。在已有理论分析和试验研究的基础上,对该类结构的抗震设计方法进行研究,确定受控摇摆式钢筋混凝土框架结构的抗震性能水准,给出抗震设计流程。以一个三层三跨钢筋混凝土框架为例进行基于性能的抗震设计,选用3条波进行动力时程分析,模拟结构遭遇罕遇地震的动力响应。分析结果表明：受控摇摆式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,并且表现出优异的抗震性能的和良好的自复位能力,验证了基于性能抗震设计方法的有效性。     

基于性能的无支座自复位桥梁抗震设计

为了提高桥梁结构的抗震性能,有效地控制地震损伤并保证震后结构性能,本文研发了一种无支座自复位桥梁结构体系,阐明了这种新型桥梁结构体系的结构构成及其抗震作用机理;根据其结构特性和功能需求提出无支座自复位桥梁结构设计目标,分别给出了正常使用极限状态、承载能力极限状态下的设计要求,并着重对地震状况下两阶段设计目标进行明确;并根据基于性能的无支座自复位桥梁的抗震设计方法给出了其抗震设防目标及抗震性能目标。进行了自复位桥墩1/3缩尺的拟静力试验研究,试验结果表明:双柱式自复位桥墩体系不仅具有良好的自复位能力、残余位移较小,且具有足够的刚度和位移延性;双柱式自复位桥墩在循环荷载作用下会发生上下摇摆界面的交替开合,不会发生现浇混凝土桥墩出现的塑性铰现象,外置耗能装置先于桥墩破坏,有效地避免了桥墩的损伤破坏。在局部构造合理的条件下,摇摆界面处的混凝土受到了很好的保护,极大地减小了桥墩墩身的破坏。在此基础上,根据提出的抗震设防目标,对一座无支座自复位桥梁工程进行了设计,开创了无支座自复位桥梁应用的先例,为无支座自复位桥梁抗震设计标准和依据积累了经验。     

钢筋混凝土框架结构直接基于位移的抗震设计

提出了针对《建筑抗震设计规范》中丙类建筑的＂四水准＂的抗震设防目标,并利用直接基于位移的抗震设计方法对一个6层钢筋混凝土框架结构进行了抗震设计。结果表明,直接基于位移的抗震设计可以针对不同地震作用水平下的结构进行设计配筋,比现行抗震设计方法有其自身独到优势。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明:自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

自复位墙防震结构基于力设计方法研究

自复位墙防震结构作为典型的可恢复功能结构,具有变形能力强、结构损伤小等特点,可显著减少建筑结构的震后修复费用。现有研究对自复位墙防震结构一般采用基于位移设计方法进行设计,而先结构选型、后位移校核的基于力设计方法尚未形成。为此,提出了自复位墙防震结构基于力设计方法,以规范中规定的地震影响系数曲线为依据,考虑了多水准抗震设防时结构的最大层间位移角限值要求。以一幢6层自复位墙防震结构为例,采用有限元分析进行了基于力设计方法的位移验算有效性验证,并基于理论推导,对基于力设计方法和基于位移设计方法进行了对比,证明了两种设计方法理论基础的一致性。研究表明,基于力设计方法可作为对基于位移设计方法的补充,满足自复位墙防震结构的设计需求。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

框架结构基于性能的抗震设防目标和性能指标的量化

针对我国现行抗震规范中,地震作用水平从多遇地震到罕遇地震的超越概率相差较大的现状,提出中小震的地震作用水平,取其50年内的超越概率为40%;对结构性能水平进行细化,划分"五档"性能水平,结合4个地震作用水平,建立14个结构抗震性能目标和"四水准"的抗震设防目标.在统计分析国内外215个钢筋混凝土框架(柱)试验数据的基础上,建立结构在地震作用下处于暂时使用和修复后使用性能水平的量化指标.通过算例,对3种不同高度的规则框架分别按照小震和中小震进行抗震没计,并进行反应谱法和时程分析,结果表明按现行规范"小震不坏"进行设计的结构,不一定能保证"中震可修",而按照"中小震"进行结构抗震设计,可以保证"中震可修".     

基于易损性的钢筋混凝土框架结构抗震性能裕度评估

采用性能裕度比作为评估结构抗震性能的指标,该指标通过计算地震易损性中位值与多遇地震、设防地震和罕遇地震强度的比值来评估结构的抗震性能裕度。选择4种考虑不同抗震设防水平的5层3跨钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,通过易损性分析,计算得到结构的性能裕度比。研究结果表明：随着结构抗震设防水平的提高,结构的地震易损性中位值和结构所对应的多遇地震、设防地震和罕遇地震的强度随之增加。然而,由于前者的增加幅度要小于后者的,因此,结构的性能裕度比随其抗震设防水平的提高而降低;在设防地震和罕遇地震作用下,结构具有足够的性能裕度以满足“中震可修”和“大震不倒”的性能要求;抗震设防水平的提高会使结构不满足“小震不坏”的性能要求。     

Shaking table test study of high-rise frame-shear wall structure isolated by friction pendulum bearings

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能，提出了摩擦摆隔震设计的具体流程，并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果，制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果，研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应，对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震，该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性，设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修；结构的楼层响应显著降低，摩擦摆完全起滑后，地震强度越大，摩擦摆的隔震效果越好，且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力；在9度罕遇地震作用下，剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升，对摩擦摆的滞回性能产生影响。