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。     

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。     

型钢高强高性能混凝土框架柱地震损伤分析

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土构件的损伤,总结和分析了已有地震损伤模型存在的不足,基于低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架柱的损伤试验研究结果,对框架柱的地震损伤特性进行了分析。通过合理地考虑循环次数对构件极限抵御能力(极限耗能和变形能力)的影响以及加载路径对损伤的影响,建立了能够全面反映水平地震作用下构件力学特性变化的基于变形和能量组合的非线性双参数损伤模型。对损伤模型中相应的参数进行了讨论和分析,并给出了其具体定义和表达式。结合试验结果,对损伤模型的有效性进行了验证。研究结果表明,该模型能够较好地描述型钢高强高性能混凝土框架柱的地震损伤演化过程与程度,且理论上更为合理。研究结果为该类结构构件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了理论依据。     

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。     

基于刚度和位移带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法

带可更换构件的RCS混合框架结构作为一种新型的可恢复功能结构,其抗震设计方法尚不明确。基于其结构受力特性及现行抗震规范中性能水准的划分,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准,明确了结构在不同性能水准下的受力状态和指标限值。将弹性刚度比和屈服位移比作为结构设计控制参数,提出了基于双参数的带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法, 并给出了抗震设计的具体实施步骤和构件截面设计方法。通过非线性静力分析及动力时程分析,对一幢3层带可更换构件的RCS混合框架结构进行抗震设计。分析结果表明:结构能满足预期的不同性能水准,所提抗震设计方法是有效性的。     

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。     

基于等损伤的钢框架结构抗震性能优化

等损伤设计是指在地震作用下结构所有构件(楼层)发生同等程度的损伤而形成均匀的侧向变形,使所有结构构件的性能均能充分发挥。该文采用优化准则法发展了基于OpenSees平台的钢框架结构等损伤抗震设计方法。通过提取结构在强震下的构件损伤指数来获得损伤指数比列阵,进而定量地对损伤严重部位进行加强、对损伤较轻部位进行削弱;基于材料总造价恒定和体系约束条件,对所有构件进行重新调整。以一个8层钢框架结构作为原始结构,采用规范反应谱拟合的一条人工地震动作为输入,探讨了不同超松弛因子对优化结果的影响;通过大样本时程分析,对比了结构优化前后的层间位移角分布、整体损伤指标、楼层损伤分布和整体抗震能力,结果表明该文的优化方法能有效的提高结构的抗震能力。     

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。     

框架结构爆破地震的损伤评估

按规范设计了一个8度区（0.2g）的6层框架结构,通过非线性软件IDARC计算了结构在天然地震和爆破地震作用下的结构反应。引入框架结构的爆破双参数损伤模型,采用多参数破坏准则,计算了框架结构爆破地震的损伤值。框架结构在天然地震作用下,4、5层的损伤最大,而在加速度峰值很大的爆破地震波作用下,结构底部发生的损伤最大。同时,在天然地震波作用下,结构进入非线性后,累积损伤占结构损伤的很大部分;而在爆破地震波作用下,结构更多的是发生冲击破坏,累积损伤相对于前者较小。为框架结构爆破地震的损伤评估及推广应用提供了有效途径。     

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。     

不等跨布置RC空间梁-板结构竖向倒塌能力数值研究

为研究不等跨布置下RC空间梁-板结构抗连续倒塌能力，利用有限元软件ABAQUS建立在关键柱失效下空间框架结构精细化模型，通过Pushdown分析方法对试验子结构进行数值模拟。分析关键柱失效位置、梁板参数、楼板的损伤性能以及梁端截面内力对倒塌能力的影响。分析结果显示:内柱失效工况下楼板能提供承载力的40%~50%，边柱失效工况下楼板能提供20%~30%的承载力，角柱失效工况下楼板能提供15%~25%的承载力；梁跨度越大，柱失效后结构承载力越低，等跨设计的结构较不等跨设计受力存在“滞后性”，且横向约束对无板结构承载力基本上没有影响；梁板参数对提高结构承载力以及延性有重要影响；小变形下楼板损伤性能可以反映楼板的屈服模式，从而可推测楼板裂缝分布；最后提出了不等跨布置下考虑楼板影响的承载力计算公式。     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

锈蚀钢框架地震易损性评定方法

钢结构锈蚀降低了钢材塑性变形能力,降低了断裂韧性,势必影响锈蚀钢结构的抗震性能。该文借助于加速腐蚀试验,研究了钢材力学性能随锈蚀程度的变化规律,建立了钢材强度、延性指标与锈蚀程度之间的关系;研究了地震作用下钢结构损伤状态及性能水平与锈蚀程度之间的关系,并基于极限破坏状态提出了锈蚀钢框架层间位移角限值取值方法。以5层钢框架为例,运用静力弹塑性分析方法,探讨了锈蚀对钢框架构抗震性能的影响;运用增量动力分析法,建立结构损伤指标与地震动强度指标的关系,得到不同龄期锈蚀钢框架地震易损性曲线,提出了锈蚀钢框架地震易损性评定方法。研究结果表明:同龄期不同极限状态结构超越极限状态的概率不同,倒塌极限状态下差距较大,而正常使用极限状态差距较小,若不修正层间位移角限值会高估锈蚀钢框架抗震性能。     

设防框架的梁铰模型和能力易损性的试验研究

抗震设防等级越高,建筑物的抗震能力越强。然而反映设防能力区别的实用力学模型及其参数却很少。该研究即通过试验得到RC框架梁的塑性铰的本构模型及概率能力,为整体结构的地震风险研究奠定基础。为此,制作了4组12个基于GB50011-2010不同设防等级和位置的节点缩尺模型并做了拟静力试验。结果表明,节点的破坏实质是梁的受弯破坏,节点所在位置对梁的受力变形指标影响不大。因此,较少的试验试件可得到扩充数倍的梁铰样本,提高概率分析精度。因此,基于试验的统计结果并参照FEMA 356,提炼了不同设防等级的梁的塑性铰归一化本构模型,提出了梁铰破坏程度的性能指标,计算了梁的概率抗震能力,总结了设防能力和易损性的级差。用试验的方法量化结构模型的规范要求并赋予模型指标可靠度,是该文的创新点。     

密肋复合墙板支撑框架结构自振周期计算方法

密肋复合墙板支撑框架结构是由框架与其内部嵌入的密肋复合墙板组成的一种双重抗震结构,框架内部嵌入复合墙板所组成的受力构件,其变形特征不同于普通框架和剪力墙,由此导致结构的自振周期计算方法不能直接按照一般框架-剪力墙结构进行计算。本文以Timoshenko双变量梁理论及协同工作模型为基础,建立了复合墙板支撑框架结构的频率方程,结合边界条件导出了结构的自振周期计算公式,并给出了基本自振周期的近似计算方法。算例分析表明：复合墙板支撑框架结构自振周期受复合板抗剪刚度影响较大,且影响随着振型的增加而增大,高振型时复合墙板剪切变形的影响不可忽略;采用似计算方法计算基本自振周期的误差不大,可以满足工程计算精度要求。