近场地震作用下钢筋混凝土框架加固前后抗震性能分析

围绕偏心钢筋混凝土框架的加固设计和抗震性能开展研究。首先,介绍了某公司多层生产车间的结构特点,并综合利用增大截面、粘贴钢板和粘贴FRP等方法进行了结构抗震加固设计,验算了构件截面;随后,建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性和弹性时程分析,探讨结构的偏心不规则情况;最后,进行了结构在远场和近场地震作用下的动力弹塑性分析,对比分析了综合加固方案对结构抗震性能的改善和远、近场地震对多层偏心钢筋混凝土框架抗震性能的影响。研究结果表明:该结构近场地震工况下的响应大于远场地震工况,罕遇地震作用下底层层间位移角在近场地震工况可达远场地震工况的3.8倍;所设计的加固方案有效提升了结构抗震性能,罕遇地震作用下底层层间位移角平均减少75.9%。     

不同地震动特性下RC框架校舍抗震加固残余变形分析

校舍的抗震性能和震后残余变形直接关系到学生的顺利疏散和学校的震后修复,因此,本文以RC框架校舍为背景对其不同地震动特性下的抗震性能和震后残余变形展开研究。首先,介绍了泰州市姜堰区实验小学敏学楼的工程概况和加固方案,并据此建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性分析;随后,进行多遇地震作用下的弹性和设防/罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并以层间位移角为性能指标对结构抗震性能水平进行了评估;最后,以层间残余位移角和顶点残余位移为指标对比分析了近、远场地震作用下的结构残余变形。研究结果表明,近场地震作用下的抗震性能水平和残余变形指标均差于远场地震作用下的结果,其中底层层间残余位移角为远场地震的1. 67倍;加固后结构在罕遇地震作用下的破坏模式由严重破坏降低到了不严重破坏,层间最大残余位移角最大降低了69. 9%,校舍逃生概率和震后恢复能力显著提升。     

采用UHPC加固的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

为提升老旧钢筋混凝土框架结构的抗震性能,降低增大截面加固法对建筑空间的占有率,提出了基于UHPC(超高性能混凝土)的增大截面加固法,对钢筋混凝土框架柱进行加固。以某需要加固改造的钢筋混凝土框架结构为例,对采用UHPC加固后的整体结构进行了多遇地震下的反应谱分析和罕遇地震下的动力弹塑性分析,并与采用传统增大截面法加固后结构的抗震性能进行对比。分析结果表明,UHPC加固法与传统增大截面法对结构地震响应的影响规律一致,加固后结构的抗侧刚度增大,层间位移角显著降低,罕遇地震下结构构件的损伤状态得到了有效控制。相比传统增大截面的加固法,在保证整体结构具有相同抗震性能的前提下,UHPC加固法可降低本项目中框架柱截面尺寸30%以上,减小构件加固对使用空间的占有率,并提升现场施工效率。     

BRB在既有单跨多层混凝土框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某单跨多层混凝土框架结构进行了抗震加固,使用有限元分析软件SAP 2000对结构加固效果进行了验证,且对结构在多遇地震作用下的抗震性能进行了分析,对比了加固前后结构的侧向位移、层间位移角及周期比。以OpenSees有限元分析软件建立了加固框架的有限元分析模型,从美国太平洋工程研究中心(PEER)选取10条地震动记录调至设防烈度和罕遇地震水平进行了动力时程分析。结果表明:对单跨多层混凝土框架结构采用防屈曲支撑进行抗震加固,可以明显提高结构的刚度、耗能能力,有效地减小结构动力响应,降低震后加固修复费用;布置BRB后明显改善了结构抗震性能,在设防烈度水平可以有效避免结构构件的轻微损伤及非结构构件的破坏,而在罕遇地震水平不仅避免了结构层间位移角超过弹塑性层间位移角限值2.0%,而且有效避免了结构的薄弱层破坏。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

贵州省地质资料馆暨地质博物馆弹塑性时程分析

通过自行编制地震波转换及处理程序,选取了三组天然地震波和一组人工波,采用动力弹塑性时程分析方法对贵州省地质资料馆暨地质博物馆在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析。结果表明:在罕遇地震作用下,该结构的钢框架最大弹塑性层间位移角小于规范的限值;连体部位及相邻上、下层的框架柱、框架梁和斜撑均处于弹性状态,在罕遇地震作用下抗震承载力足够;在考虑几何非线性情况下,结构在罕遇地震作用下的最大顶点位移为123.7mm,并仍基本保持直立,满足"大震不倒"的设防要求。贵州省地质资料馆暨地质博物馆的设计达到了预定的抗震设防目标。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

高层建筑消能减震技术应用研究——以某疾控中心应急大楼为例

《建设工程抗震管理条例》(国务院令第744号)^[1]对重要建筑的承载力、变形以及构件损伤方面的性能目标提出了更高的要求,常规抗震方法设计此类结构有一定的难度。结构减震设计可以通过提供阻尼,比较有效地实现重要结构的抗震性能指标。以某疾控中心应急大楼为例,利用弹塑性动力时程分析方法,分别对采用BRB、采用VFD以及采用两者组合三种减震方案进行分析。通过对设防地震、罕遇地震下的层间位移角和基底剪力的比较,得出如下结论：BRB方案能有效控制结构在设防和罕遇地震下的层间位移角,但在设防地震作用下基底剪力略有增大;VFD方案在设防和罕遇地震下,均提供了较高的附加阻尼比,有效降低了结构的层间位移角和基底剪力,但在罕遇地震下,对结构位移的控制相对较弱;组合方案发挥了更好的性能优势,层间位移角和基底剪力显著降低。     

锅炉钢框架的抗震加固设计与分析

对已使用十多年的铸铁厂锅炉钢框架进行结构安全性检测和抗震设防目标下的多遇地震和罕遇地震计算。选取5条天然地震波和2条人工地震波,以及远场类谐和地震波与近断层脉冲型地震波两类长周期地震波各7条;基于结构抗震性能量化指标——层间位移角,对结构的变形特点和抗震性能进行了分析,根据计算结果,对既有结构提出了加固设计方案并对加固后结构进行了分析。结果表明：远场类谐和地震波对结构的响应最大,天然地震波最小;多遇地震作用下的最大层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的限值1/250;在罕遇地震作用下的层间位移角均小于GB50011—2010的限值1/50;结构平均层间位移角最大值出现在底层,为1/88,较原结构的1/62,减小了29.5%,加固设计方案满足GB 50011—2010的要求,实现了“小震不坏,大震不倒”的抗震设防目标。     

翼墙-框架结构振动台试验研究及有限元分析

为研究翼墙-框架结构在地震作用下的抗震性能和加固效果,进行了一个缩尺比为1∶4的翼墙-框架结构模型振动台试验,得到了结构在烈度为7度的多遇、设防和罕遇地震以及8度、9度地震动作用下的动力特性、动力反应和宏观破坏模式。研究表明:翼墙根部首先受到往复拉压破坏,框架柱得到有效保护,实现了多道抗震防线的目的;梁端出现大量裂缝,基本实现了"强柱弱梁"屈服机制,而纯框架数值模型则呈现典型的柱铰破坏机制;纯框架模型的底层层间位移角显著大于上部各楼层,翼墙-框架模型各楼层的层间位移角大小基本一致,层屈服机制得到有效避免。     

框架结构加固后的动力弹塑性分析研究

框架结构建筑物的改建、扩建由于原设防烈度的改变导致原有设计已不能满足规范要求时,通过结构加固改造技术使其满足现行规范设防要求。本文首先确定对能源站框架结构的加固方法,然后应用PKPM鉴定加固模块分析了结构加固前后的层间位移、层间位移角的变化,最后通过SAP2000有限元软件建立能源站结构的加固计算模型,采用动力弹塑性时程分析法,分析结构在罕遇地震作用下的抗震性能。     

基于隔震-减震混合控制的钢筋混凝土框架医院建筑抗震性能分析

文章选取一栋钢筋混凝土框架医院建筑为研究对象,采用叠层分析法对该建筑进行隔震-减震混合控制的设计。选取7条地震波,采用Perform-3D软件分别在设防地震和罕遇地震下对隔震结构和隔震-减震结构进行动力时程分析,对比其抗震性能的差异。结果表明,在设防地震和罕遇地震下,相较于隔震结构,隔震-减震结构能有效减小结构的层间位移角和顶点位移,提高结构的抗震性能水准。     

某超高层结构罕遇地震弹塑性时程分析

某超高层办公楼位于抗震设防烈度7度地区,结构高度156 m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构,为B级超高层建筑。为了研究结构在罕遇地震作用下整体及主要构件的性能,分析结构在大震下的塑性发展情况,采用SAP2000程序进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析。分析结果表明,罕遇地震下,结构整体受力性能良好,结构的最大层间位移角满足规范1/100的限值要求,部分连梁及框架梁进入塑性,框架柱及剪力墙基本处于弹性状态;结构能够达到预设抗震性能目标,满足大震不倒的设防要求。     

徐州金鹰二期扩建工程弹塑性时程分析

徐州金鹰二期扩建工程属于B级高度的多塔高位连接复杂高层建筑,对该工程进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析,分析内容包括结构在罕遇地震作用下的楼层位移、层间位移角及楼层剪力,同时对结构的核心筒剪力墙、斜柱、部分楼板及顶部钢结构连廊的塑性损伤做出评价。分析结果表明:该结构在罕遇地震下的层间位移角满足规范要求,其关键构件的塑性损伤在可接受的范围内,结构整体安全,抗震性能满足"大震不倒"的设防目标。     

BRB钢筋混凝土框架结构罕遇、极罕遇地震弹塑性分析

屈曲约束支撑是一种新型的耗能支撑。安装屈曲约束支撑(BRB)的框架结构可以减少设计配筋,增加结构抗侧刚度,那么按多遇地震设计后能否满足"大震不倒"的抗震设防要求自然成为研究者关注的问题。本文采用有限元模拟的方法对比分析安装BRB和不安装BRB的混凝土框架结构在罕遇地震、极罕遇地震下的抗震性能,具体体现在结构在罕遇地震下的层间变形和结构耗能。选取某5层框架结构按8度抗震设防设计,并进行罕遇地震和极罕遇地震弹塑性分析,结果表明框架结构在罕遇地震作用下层间位移角还满足规范限值要求,但在极罕遇地震作用下层间位移角已大于1/50。BRB框架结构在罕遇、极罕遇地震作用下层间位移角均小于1/50,且相比框架结构层间位移角显著减小,结构的滞回曲线更加饱满,说明BRB结构的耗能能力相对较好。     

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。     

某教学楼底层柱顶隔震结构设计与分析

为了研究采用底层柱顶隔震技术的框架结构的抗震性能,采用ETABS软件对某小学教学楼进行建模和动力时程分析,结果表明:相对于非隔震结构,在设防烈度7度(0. 15g)作用下,结构自振周期延长了2. 75倍,上部结构剪力减少到55%以上,在罕遇地震作用下,隔震层最大水平位移仅为位移限值的54. 6%,隔震支座未出现拉应力,上部结构最大位移角为1/383,下部独立柱结构位移角1/776;在极罕遇作用下,隔震层水平位移为限值的85. 9%,独立柱位移角1/558,说明底层独立柱和隔震结构具备抵抗极罕遇地震能力。     

基于性能的带边框板柱-剪力墙结构抗震设计

板柱-剪力墙结构属抗震性能相对不利的结构体系,我国现行的抗震设计规范要求板柱-剪力墙结构周边应设置有梁框架。结合一栋5层带边框板柱-剪力墙结构的实际工程,采用抗震性能化设计方法,进行罕遇地震下的有限元非线性分析,讨论结构在多遇及罕遇地震作用下的响应,绘制结构层间位移的变化曲线,分析塑性铰的分布情况。结果表明,适当加强边框框架侧向刚度后可以有效地提高结构的抗震性能,有效降低抗震墙承担的地震水平作用,弹塑性位移角满足规范要求,出现的塑性铰都在可修复范围,结构安全可靠。     

渡槽支撑框架在罕遇地震下的非线性时程分析

采用截面纤维模型对南水北调中线工程中的某典型渡槽的支撑框架结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,分析结果表明,该渡槽在罕遇地震作用下,没有明显的薄弱部位,最大层间位移角在限值以内,具有良好的抗震性能。