锈蚀钢框架地震损伤模型研究

为了合理地描述锈蚀钢框架的地震破坏形式及不同程度的锈蚀对钢框架抗震性能的影响,在欧进萍等人提出的钢结构地震损伤模型的基础上建立锈蚀钢结构地震损伤模型。为确定锈蚀钢结构地震损伤模型参数,分别给出锈蚀梁、柱构件双线性恢复力模型特征点的计算方法,并通过弹塑性时程分析获得损伤模型中的其他参数数值。利用加权系数法合理地考虑锈蚀构件损伤向整体结构损伤迁移转化的多尺度效应,建立锈蚀钢框架整体地震损伤模型。结合该损伤模型的特点,定义了对应结构不同破坏等级的损伤指数范围。最后,对5榀具有不同锈蚀率的平面钢框架结构进行了弹塑性时程分析,结果表明:所建的损伤模型能在一定程度上反映钢框架结构随锈蚀程度的退化规律。     

型钢混凝土异形柱框架地震损伤分析

为实现对型钢混凝土异形柱框架的地震损伤分析,采用加权系数法建立了能够反映构件损伤、楼层损伤和整体框架损伤三者迁移演化的地震损伤模型,并对两榀型钢混凝土异形柱框架进行了地震损伤试验及有限元模拟,获得了梁的弯矩-转角滞回曲线和柱的水平荷载-位移滞回曲线,进而对试件的地震损伤指数进行了计算分析。结果表明,构件、楼层和整体框架的损伤指数变化规律与试件的破坏发展历程较为吻合,说明所建立的型钢混凝土异形柱框架地震损伤模型是合理的。基于试件的破坏状态及地震损伤分析结果,提出了型钢混凝土异形柱框架对应5个性能水平的损伤指数范围,为该类结构的震后损伤评估提供了依据。     

型钢混凝土异形柱基于损伤的恢复力模型研究

根据16个实腹式配钢的型钢混凝土异形柱试件在低周反复荷载作用下的试验结果,进行了构件的滞回性能分析及基于损伤的恢复力模型研究。提出了一种弹性段-强化段为双折线、下降段为指数函数曲线的复合骨架曲线模型,采用理论推导与回归拟合相结合的方法给出了构件对应不同截面形式、轴压比及配钢率的骨架曲线特征值计算方法;考虑二阶矩效应、轴压附加抗侧刚度、强度衰减、包辛格效应及加载历程对构件性能退化的影响,并通过引入基于试验结果拟合的损伤模型,定量描述了构件滞回环卸载刚度退化规律,建立了恢复力模型。研究表明:试件的抗震性能良好,滞回曲线基本呈梭形,采用实腹式配钢的异形柱在各级荷载循环下的滞回环大致汇交于2点;所提出的基于损伤的恢复力模型是经过理论推导并考虑了多种因素的影响,计算结果与试验结果拟合度较好,可为该类型结构进行高效非线性地震反应分析提供依据。     

SRHSHPC框架结构地震损伤试验研究

基于一榀型钢高强高性能混凝土(SRHSHPC)框架结构试件拟静力试验,观测了SRHSHPC 框架结构在低周反复荷载作用下的裂缝开展和破坏模式,得到了框架结构的荷载位移曲线和骨架曲线,通过对试验现象的分析,揭示了SRHSHPC框架结构中梁、柱构件损伤与结构单层破坏之间的关系,引入节点位置权重系数,建立了结构单层地震损伤模型;通过对结构单层损伤与整体结构破坏之间的关系进行分析,建立了SRHSHPC框架结构地震损伤模型。计算结果与试验结果的对比表明:该文所建立的地震损伤模型能够较好地描述SRHSHPC框架结构的地震损伤演化过程与损伤程度,并反映构件损伤、局部结构损伤以及整体结构损伤三者之间迁移演化规律。     

钢管混凝土斜交网格筒结构地震能量反应分析

结合所建立的钢管混凝土柱的轴向恢复力模型对斜交网格筒结构进行了弹塑性时程分析，研究了结构中各能量项的分配规律，从结构-构件-楼层3个层面，依次分析了滞回耗能的分配规律，并探讨了结构动力特性和地震动参数对滞回耗能分布的影响。研究表明：结构主要依靠阻尼耗能和滞回耗能平衡地震输入的能量；斜柱和连梁是斜交网格筒结构的主要耗能构件；斜柱的滞回耗能随楼层增高递减且在模块相接处有明显突变，设计时此处应避免出现较大的刚度突变。研究从能量的角度揭示了斜交网格筒结构的损伤模式和耗能机制，为建立此类结构的地震损伤评估方法提供了参考。     

近海大气环境作用下钢框架节点时变地震损伤研究

已服役的结构由于所处的环境作用,其构件力学性能必将随时间不断劣化。基于12个不同锈蚀程度钢框架节点的低周往复试验,分析近海大气环境作用导致钢框架节点构件力学性能的劣化。考虑到钢框架节点在地震作用变形达不到其变形极限,因而不适宜采用变形能力作为参数评价其损伤程度。刚度指标能够反映构件承载力与变形两个性能指标,且构件的变形与其刚度成反比,建立能够考虑构件因环境作用而引起的初始损伤的基于构件刚度与耗能的双参数地震损伤模型。由试验数据回归得到构件的刚度与累积耗能能力与锈蚀率线性相关,并验算损伤模型的计算精度。研究表明:建立的损伤模型具有较高的计算精度,且计算方便,适用于对地震作用下的钢框架节点进行损伤描述。在损伤模型的基础之上,假定构件年锈蚀率相同,建立构件考虑环境作用的时变损伤模型。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明:该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

基于轴力权重的有侧移钢框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐个构件验算确定钢框架整体稳定的不便以及无法考虑同层柱间的相互支援以及层与层的支援作用的不足,该研究基于弹簧-摇摆柱模型阐述了有侧移框架结构失稳的物理意义。通过结构转换的概念,首先利用框架重复单元求解楼层抗侧刚度及利用临界刚度比系数求解楼层荷载刚度,然后将楼层抗侧刚度和荷载刚度进行整体组装,将求解钢框架整体稳定临界承载力的二阶计算转化为确定框架整体抗侧刚度的一阶问题,最后基于轴力权重加权平均的方法考虑楼层刚度激活程度,获得可直接计算钢框架临界承载力的计算公式。该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑两种支援作用造成的不合理设计。算例计算结果表明,该方法具有很好的精度及准确性,可供工程设计使用。     

钢筋混凝土柱冻融损伤模型研究

为研究冻融后钢筋混凝土柱在地震作用下的响应,根据冻融损伤在构件截面分布的不均匀性,基于纤维截面分析方法,提出可考虑该分布的混凝土强度退化模型,以及等效冻融循环次数的计算方法。根据8榀考虑冻融影响的钢筋混凝土柱拟静力加载试验数据,对该文提出的模型进行了验证,同时与既有考虑冻融的混凝土模型进行了对比分析。结果表明:与未考虑冻融损伤分布的既有模型相比,该文模型的计算承载力较小,与试验数据吻合更好,即能够更准确地模拟不同程度冻融损伤后钢筋混凝土柱的地震反应。     

基于构件的钢筋混凝土核心筒结构地震损伤分析

为了研究地震作用下钢筋混凝土核心筒结构的损伤,基于低周反复荷载作用下钢筋混凝土剪力墙及连梁的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑局部损伤向整体损伤迁移转化的多尺度效应,建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤三者之间迁移演化规律的钢筋混凝土核心筒地震损伤模型。结合试验结果,对损伤模型的有效性进行了验证,并给出了钢筋混凝土核心筒的损伤状态及相应的损伤指数范围。结果表明,该损伤模型能够较好地描述钢筋混凝土核心筒结构的地震损伤发展过程与程度,研究结果可为该类结构的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。     

隔震结构损伤性能与可靠度研究

提出隔震结构的地震损伤模型,并采用概率密度演化理论分析隔震结构地震损伤指数的概率统计特征,为隔震结构性态目标的量化提供依据。考虑隔震支座的压剪相关性和拉压性能的差异,给出隔震层的损伤指数模型,再利用Park-Ang损伤指数描述上部结构的损伤状况,建立隔震体系的损伤指数模型;将隔震结构简化为双质点模型,采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型分别描述隔震层与上部楼层的滞变特性,建立隔震结构的状态方程,应用四阶龙格-库塔方法迭代求解求解出隔震结构的位移反应和滞变耗能,进而求解隔震结构的损伤指数;建立隔震结构损伤指数的概率密度演化方程,求解损伤指数的统计特征和概率密度函数,然后根据极值分布理论计算损伤指数超过不同性能水准的可靠度。本研究为以可靠度为理论基础的隔震结构损伤分析提供了可借鉴的方法。     

磁流变阻尼器优化设计及结构地震损伤控制

该文通过LS-DYNA 程序二次开发了磁流变(MR)阻尼器的Bouc-Wen动力滞回模型、半主动控制律和钢材的弹塑性损伤本构模型,进而实现应用通用有限元程序精细化模拟受控结构损伤发展过程的目的.基于损伤本构模型,提出结构构件和结构层的抗震性能指标,并应用该指标对结构各层阻尼器的最大出力进行优化设计.对一9 层Benchmark 钢框架结构进行损伤控制研究,采用IDA 方法对控制前后结构的抗震性能进行分析,结果表明:MR 阻尼器优化设计后受控结构的损伤累积效应较无控结构明显减小,损伤分布范围更广,塑性耗能能力和抗震能力都得到显著提高.     

基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估

为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:该文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析

综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。     

RC框架结构多层次地震损伤演化分析方法

为掌握地震作用下结构在破坏过程中由材料至整体结构不同层次的非线性状态,基于单元耦合技术、多层次损伤性能水准、多层次地震损伤模型,提出了RC框架结构多层次地震损伤演化分析方法。根据耦合界面上能量平衡原理建立的单元耦合技术,能够同时准确计算结构整体力学性能和局部破坏细节,可用以结构多层次损伤数值模拟。按照“材料、截面、构件、楼层、结构”不同层次的破坏特征,提出了作为损伤性能评价标准的多层次损伤性能水准,且统一定义为五个水准。基于变形等价原理和广义力-变形曲线,建立了多层次地震损伤模型,其在各层次上具有一致的力学意义。以某原型RC框架结构试验为分析对象,详细阐述了结构多层次地震损伤演化分析方法。     

斜拉桥桥塔钢-混凝土结合段传力机理试验研究

绵阳城南新区一号桥斜拉桥采用钢-混凝土组合索塔,上钢塔与下混凝土塔之间的内力传递主要是通过承压板、PBL剪力键实现。介绍了钢-混凝土组合索塔在斜拉桥中的应用,分析主塔钢混结合段的受力及构造特点的基础上,采用1∶3缩尺比例,按照几何条件、物理条件以及边界条件相似原则对结合段进行了模型试验。考虑承载能力极限状态荷载组合对试验模型进行加载,测试了试验模型的控制断面和控制构件的应力、变形随加载历程的变化形态,得到了结合段的应力状态、钢与混凝土的相对滑移等性能参数;将模型试验与有限元分析相结合,分析了结合段的传力机理及传力性能,得到结合段PBL剪力键及承压板荷载分配关系。     

异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性,建立了土-异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型,通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动,研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性,揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程,建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

基于极限平衡理论的钢与混凝土组合框架结构抗震分析

基于极限平衡理论建立一种钢与混凝土组合框架结构罕遇地震作用时简化分析方法。通过理论分析和试验现象,确定组合框架破坏机制;基于极限平衡原理,根据结构在地震作用下达到极限状态时变形和内力分布规律,分别计算框架顶部侧移等于H/50、H/40和极限荷载对应侧移值时组合框架抗震强度,计算结果与国内外十九榀组合框架低周反复荷载试验结果吻合较好,说明此计算方法可有效地预测组合框架结构在罕遇地震下的抗震强度;提出通过对组合框架变形能力和抗震强度同时进行控制,以使结构满足罕遇地震下抗震要求的简化方法。