古建筑木结构基于结构潜能和能量耗散准则的地震破坏评估

为了掌握古建筑木结构地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态,对震后古建筑木结构的破坏程度做出合理的评估,基于燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理,将燕尾榫柱架和枓栱铺作层作为两个耗能构件,计算其在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”;根据古建筑木结构振动台试验,计算各工况地震作用下每一耗能构件所耗散的能量;基于构件的“抵抗破坏潜能”和各工况下的地震耗能情况建立耗能构件在不同地震作用下的地震破坏评估模型,并借助能量分配系数找到各耗能构件破坏状态与整体结构破坏状态之间的关系,从而建立整体结构在不同地震作用下的破坏评估模型;应用该地震破坏评估模型,分别对燕尾榫柱架和枓栱铺作层和整体结构进行构件地震破坏评估及整体结构地震破坏评估,所得到的破坏系数能较好地反映各构件以及整体结构在不同地震作用下的破坏状态,研究结果可为古建筑木结构的抗震加固提供可靠的理论依据。     

单层鞍形网壳强动力荷载作用下的破坏模式

采用ANSYS程序,利用全过程分析方法对两种不同网格形式的单层鞍形网壳结构在强简谐、地震荷载下的动力响应规律进行研究,提取最大节点位移、应变能、进塑性杆件比例等多项响应指标,绘制其随荷载幅值增大的变化曲线,总结单层鞍形网壳的动力失效模式,剖析其失效机理,分析了地震作用下结构响应随矢跨比的变化规律.研究结果表明,两类网格的单层鞍形网壳均具有良好的抗震性能,在强动力荷载作用下发生动力强度破坏,可区分为脆性破坏和延性破坏两种失效模式.地震作用下结构破坏模式均为延性强度破坏.     

底部采用高性能纤维增强混凝土的RC剪力墙结构抗震性能分析

剪力墙结构底部采用高性能纤维增强混凝土材料（ECC）能够减轻底部剪力墙在地震中的损伤程度,提高结构震后可恢复性。为考察底部采用ECC材料后整体结构的抗震性能,以我国抗震设防烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.2g的高烈度抗震设防区RC剪力墙结构为对象,建立了高度、ECC设置高度和剪力墙整体性系数不同的结构模型,并进行有限元动力时程分析,考察底部采用ECC材料的剪力墙结构与普通RC剪力墙结构抗震性能的差别;分析剪力墙结构在罕遇地震作用下发生预期延性破坏模式时的弯矩需求。结果表明,对于位于设防烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.2g抗震设防区的剪力墙结构,将剪力墙底部采用ECC材料后,其在罕遇地震作用下能够耗散更多地震能量,剪力墙开裂的程度和概率明显减小;在剪力墙底部加强区第1~2层采用ECC材料后,ECC层及其相邻上层会发生弯曲破坏;底部加强区第1~3层剪力墙都采用ECC时,剪力墙屈服都集中在ECC层,在罕遇地震作用下ECC层以上剪力墙实现预设延性破坏模式的受弯需求不大于其受弯能力;建议25层以下的剪力墙结构在底部第1~3层范围内采用ECC材料。     

碳纤维布加固古建筑木结构基于结构潜能和能量耗散地震破坏评估

为了评估古建筑木结构加固后的抗震性能以及研究加固结构在各工况地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态,基于碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理,计算了两耗能元件在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”;借助碳纤维布加固古建筑木结构振动台试验,计算了各工况地震作用下每一耗能元件所耗散的能量,基于构件的“抵抗破坏潜能”和各工况下的地震耗能建立了耗能元件在不同地震作用下的地震破坏评估模型,并借助能量分配系数找出了各耗能元件破坏状态与整体加固结构破坏状态之间的关系,建立了整体加固结构在不同地震作用下的破坏评估模型。应用该地震破坏评估模型,定量计算了碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层、整体加固结构在各工况地震作用下的破坏系数,并基于破坏程度,得出了整体加固结构不同破坏系数对应的结构不同震害等级。研究结果可为碳纤维布加固古建筑木结构的震前破坏预测和震后加固古建筑木结构的保护再修复提供可靠的理论依据。     

竖向荷载下砖石古塔的损伤性能（英文）

以玄奘塔首层为原结构,分别采用原砖、1/4和1/8模型砖制作了3个1/8缩尺结构模型,进行受压试验,观测加载过程中结构裂缝发展特征,测试了结构荷载、位移及应变;并通过数值模拟,对比了3个模型受力及破坏形式,分析了古砖塔的受压破坏机理和损伤变化。研究结果表明:砖塔受压破坏过程包含沿灰缝开裂、裂缝扩展和延伸、裂缝贯通破坏3个阶段;塔体破坏始于四角顶部,随荷载增加逐渐向下扩展并贯通,形成小截面砖柱,砖柱失稳导致结构破坏;塔壁沿平面内及平面外产生水平向变形,部分砖块开裂,因砖块尺寸不同导致模型的初始损伤及刚度不同,开裂荷载和极限承载能力随砌块尺寸减小而降低,应变随块体尺寸减小而增大,并根据模型的整体变形和局部块体变形特点,分析古塔的受压破坏机制,计算出古塔受压损伤演化趋势。     

殿堂木结构与仿古结构对比研究

太和殿是我国形制最高、体量最大的重檐庑殿顶的古建筑,有很高的研究价值。本文以太和殿为例,分析传统古建筑与仿古建筑结构特点,从基本的主体结构形式出发,建立太和殿的整体模型,分别对仿古结构和木结构进行对比研究。结果表明:在恒载作用下,结构底部位移量微小,顶层位移最大,木结构的位移约为仿古结构的2.6倍。在地震作用下,结构位移最大值出现在3层,木结构的位移数值达到仿古结构的3倍。木结构受水平荷载、竖向荷载影响较大,水平荷载作用下仿古结构的抗震优势明显。与恒载作用相比,地震作用下木结构的位移增量比仿古结构的位移增量明显增大。     

降雨入渗对故宫城墙稳定性的影响

故宫城墙是由内芯土和外包砖砌体组成,是具有代表性的中国古城墙。降雨入渗是影响城墙稳定性,导致城墙外包砌体开裂和失稳坍塌的直接原因。为研究降雨入渗对城墙稳定性的影响,以故宫城墙为研究对象,采用ABAQUS软件建立其非线性有限元分析模型;通过考虑墙体材料的渗透系数、吸湿曲线和初始孔隙率,模拟8种不同降雨历时和降雨强度工况,对城墙外包砌体的位移、应力和应变沿路径的变化曲线进行对比分析;利用位移量判断滑动面的位置和趋势,采用强度折减法得到城墙的最小安全系数,从而分析城墙的力学性能和稳定性,为故宫城墙的安全评估和保护修缮提供依据。分析结果表明：降雨作用下,故宫城墙外包砌体两侧外边缘沿高度中部4~8m处、两侧底部0~1m处和顶部沿轴向左右偏离1.5~2.5m处的塑性应变和位移值较大,属于危险区域,应予以加固;降雨强度相同时,城墙水平位移随降雨时间的增长而增大;降雨历时相同时,城墙水平位移随降雨强度的增大而增大;相同降雨量下,短时强降雨容易因为排水不畅而导致内芯土吸水膨胀变形增大,从而造成城墙失稳破坏,城墙的安全系数更低。     

聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体农房振动台试验研究

为提高砖砌体农房的抗震性能,提出聚丙烯网水泥砂浆面层加固方法,选取陕西省蓝田县典型的单层、双开间砖砌体农房进行抗震加固,并对加固模型进行地震模拟振动台试验;选取El Centro波、Taft波和人工波作为输入地震波,获得并分析加固模型的地震破坏特征、动力特性和加速度、位移、扭转角、底部剪力等动力响应,以及底部剪力-山墙尖相对位移滞回曲线和累积耗能。结果表明：随着输入地震波峰值加速度的增大,加固模型的自振频率下降、阻尼比增大、加速度放大系数减小;加固模型山墙屋脊纵剖面的侧移最大,8度多遇地震、设防地震和罕遇地震时的最大侧移角分别为1/5 439、1/2 195和1/522,当输入地震波峰值加速度达到1.0g时,最大侧移角为1/112,山墙中部出现较为明显的外闪;加固模型在地震作用下发生了扭转,水平扭转角最大达到0.003 7 rad。聚丙烯网水泥砂浆面层加固方法能够显著提升砖砌体农房在地震作用下的变形能力和耗能能力,使其满足抗震设防要求,并且加固成本较低,适用于高烈度区的砖砌体农房抗震加固。     

底部框剪砌体房屋抗震性能的试验研究

对底部两层框架—砖抗震墙、上部三层砖房 ,底层框架—砖抗震墙、上部四层砖房及底部两层框架—混凝土抗震墙、上部五层砖房 (三榀 ) 1 6比例模型进行了模拟地震振动台试验 ;分析了结构在水平地震作用下的力学性能 ,包括受力特点、变形特征、破坏形态等 ,以及结构在不同受力阶段的动力特性变化规律、地震反应分布规律 ,结构的抗震能力、薄弱层和薄弱部位 ;提出了结构弹塑性动力分析的力学模型和方法 ,尤其框剪层和砖砌体层的恢复力特性计算模型及其特征点的计算公式 ;最后对三种房屋的模型和原型结构进行了弹塑性地震反应分析 ,并在与试验结果对比的基础上 ,提出了抗震设计建议 ,为底部框剪上部砌体房屋的抗震设计与动力分析提供了依据与方法。     

基于IDA的全钢管混凝土框架结构地震易损性研究

为研究全钢管混凝土住宅框架结构的性能,通过OpenSees平台建立了16层全钢管混凝土框架的有限元模型,基于增量动力分析的方法对结构进行不同强度地震作用下的动力时程分析,定义了不同破坏状态下的结构性能水准,根据概率需求分析模型得到地震易损性曲线,并结合易损性指数定量的评价结构震后破坏程度.结果 表明:随着PGA的增大,...     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

无梁楼盖地震响应的试验研究与破坏机理分析

以某典型单层多跨无梁楼盖人防结构为研究对象,根据相似条件设计了场地土和结构模型,分别采用Elcentro波和Kobe波进行水平单向或双向耦合地震动输入,进行两种不同埋深情况下砂土地基中结构地震响应的振动台模型试验研究。给出了结构加速度、应变、位移等动力响应的量测结果,分析了无梁楼盖人防结构地震破坏机理。结果表明:双向耦合输入地震荷载比水平单向输入地震荷载引起的结构动力响应大;浅埋结构与深埋结构相比各种动力响应均明显增大;由于结构中柱相对独立,其动力反应较侧墙强烈;结构中柱上下端、侧墙上下角隅处都是容易遭受地震破坏的部位;竖向地震力对结构的动力响应产生明显影响,其破坏力不容忽视。     

砖石古建筑的动力可靠度分析

通过数值计算对受非平稳随机地震作用下的砖石古建筑的动力可靠度进行了分析。首先将随机地震动模型考虑为均匀调制的非平稳随机地震动模型,采用振型叠加法求出随机地震动反应的功率谱密度;然后应用首次超越破坏准则给出了结构随机地震动作用下结构动力可靠度的具体计算公式;最后对砖石古建筑有限元模型的动力可靠度进行了计算,得到了结构在多遇地震和罕遇地震作用下的动力可靠度。文章为复杂结构的动力可靠度分析提供了参考方法。     

考虑底部框架共同作用下单层网壳几何非线性动力时程分析

以K8型网壳为研究对象,系统地研究了地震荷载作用下底部框架结构对网壳结构的影响。依据非线性有限元理论,利用ANSYS程序,分析了考虑底部框架共同作用的网壳结构的几何非线性动力性能。通过分析,对考虑底部框架共同作用的单层网壳结构在地震荷载作用下的动力响应有了较全面的了解。     

基于摇摆柱的海洋平台动力稳定性分析

研究基于摇摆柱的JZ20-2北高点井口平台在地震作用下的动力稳定性.应用ANSYS有限元软件,比较有无摇摆柱下海洋平台动力稳定承载能力,发现存在摇摆柱的海洋平台动力稳定承载能力有明显提升;随地震波加速度峰值增大,结构局部产生较大位移,结构临界失稳;不同地震作用下,地震作用越强,结构动力稳定临界荷载越低.通过改变连接杆、摇摆柱刚度,发现随着连接杆、摇摆柱截面面积的增大,结构动力稳定临界荷载相应提高.对于存在初始缺陷的平台结构,结构动力稳定临界荷载显著降低,并随着初始缺陷的增大,结构的动力稳定性临界荷载值越小.     

底部框架抗震墙砖房1/2比例模型拟动力试验研究

对底部两层框架抗震墙上部四层砖房 １／２比例模型进行了拟动力地震反应试验;研究了地震作用下这种结构的动力反应和破坏机理;分析了试验模型的水平承载力和破坏状态;最后对这种结构的抗震性能进行了评价。     

近场地震下混凝土框架考虑不确定性的#br# 抗震风险与恢复性评估

结构的抗震恢复性表征了结构震后维持和恢复其功能的能力,是近年来地震工程学界研究热点之一。文章以我国8度区典型中低层混凝土框架为例进行系统性的抗震恢复性评估。考虑结构设计参数以及震后修复行为的不确定性,探讨混凝土框架在远近场地震下的恢复性差异。通过增量动力分析的方法得到结构的易损性曲线,并在此基础上分析计算结构的经济损失、震后残余功能以及结构功能恢复过程。研究结果表明：相较于远场地震,近场地震对结构的破坏作用显著;近场地震显著增大了结构的易损性,同时造成更大的经济损失,更小的结构震后瞬时残余功能以及更长的功能恢复过程,降低结构的抗震恢复性;忽略结构不确定性会低估经济损失,一定程度上高估震后残余功能和结构抗震恢复性。研究结果可为考虑近场地震的混凝土框架结构的新建设计或者维护加固提供参考。     

预应力加固两层足尺砖砌体房屋模型抗震性能试验研究

针对砖砌体结构抗震性能差的问题,提出了采用竖向无粘结预应力筋对砖砌体结构进行加固的新型抗震加固技术。为研究加固效果,进行了一栋两层足尺砖砌体房屋模型模拟地震作用的拟动力试验与拟静力试验研究。试验测试了模型结构的动力特性和在不同方向、不同量级拟动力地震作用下的位移反应,研究了在拟静力试验工况下的破坏形态和受力性能。结果表明,加固前设防烈度不足8度的砖砌体结构,加固后在相当于9度大震（620伽）的拟动力作用下基本处于弹性状态,且结构两个方向的抗剪承载力与房屋总重量之比分别达到1.24和1.41,抗震承载力显著提高。加固后结构的荷载-位移滞回环饱满,骨架曲线下降段平缓,表现出良好的耗能和变形能力。水平荷载卸除后,预应力筋对于房屋有明显的复位作用,有助于实现大震不倒。      

内填黏土实心结构砖塔振动台试验研究

为研究实心结构古塔在地震作用下的动力反应及破坏机制,以陕西省西安市兴教寺玄奘塔为原型,设计制作了1∶8比例模型结构,进行了振动台试验。通过输入不同烈度的单向、双向及三向地震波,测试了结构楼层的位移及加速度反应,观测了结构破坏现象,分析了结构的动力特性变化规律,对比了各加载工况下结构各楼层地震反应的变化特点。结果表明,设防地震作用下塔体底部楼层首先发生水平开裂与塔身斜向开裂,随着地震烈度的提高,破坏区域随之向上延伸,结构自振频率降低,频响曲线峰值点增多;当地震烈度相同时,不同加载工况下结构的水平反应峰值相差不大,但不同地震波作用下竖向加速度反应峰值相差较大;动力放大系数随楼层高度呈"S"形分布,顶层的水平加速度反应最大,中部楼层的竖向地震反应最大。因此,古塔破坏是在水平向与竖向地震共同作用下发生的,结构的底部及中部楼层为抗震的薄弱部位。     

墙体参与工作的木构架古建筑抗震分析方法

针对木构架古建筑抗震分析中常忽略维护墙体作用的问题,进行了墙体与木构架的构造特征、力学性能和布置方案对整体结构抗震性能的影响分析。基于地震灾害统计资料,归纳了墙体与木构架的损伤特征,及其对古建筑总体震害程度的表述方法。运用动力特性现场实测和有限元分析方法,研究了墙体对古建筑基本周期和地震作用的影响程度。研究结果表明,木构架古建筑中的墙体对结构的整体抗震刚度有较大的贡献;包括墙体模型的基本周期与实测基本周期较为接近;而忽略墙体模型的基本周期显著大于实测基本周期,且计算的地震作用值偏不安全。根据古建筑抗震鉴定要求,并考虑砖砌墙体的脆性,提出了基于位移控制的、包括墙体微裂和开裂工作状态的木构架古建筑三阶段抗震分析方法。