钢框架-混凝土核心筒混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标.文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律.分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础.     

钢混框剪高层结构地震能量分布及耗散研究

为了研究复杂建筑结构在地震作用下地震能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理和Perform 3D软件对钢筋混凝土框架 剪力墙高层结构模型进行了动力弹塑性能量时程分析,得到了框剪高层结构在罕遇地震作用下地震能量的输入、分布及耗散规律;考察了地震动特性对钢混框剪高层结构地震能量输入及分配的影响,确定了地震耗能占输入能的比例时程;分析了结构阻尼比和结构延性对框剪高层结构地震输入能、阻尼耗能和滞回耗能及其耗能比例的影响规律,确定了阻尼比对滞回耗能和延性比对阻尼耗能的交互影响;研究了框剪高层结构地震滞回耗能沿结构竖向分布和沿横向构件内部分配的规律,确定了竖向刚度分布对结构地震滞回耗能的影响;揭示了钢混框剪高层结构地震输入能量及其分布规律。所得结论可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在复杂钢筋混凝土高层建筑结构实际工程中的运用提供参考。     

基于能量反应谱的抗弯钢框架结构能量计算

基于能量的抗震性态设计方法需要合理估计实际结构的地震动输入能量及滞回耗能,以近场、远场地震动记录各6条作为输入,建立两组地震动总输入能及滞回耗能的等效速度谱,提出根据能量反应谱估计多自由度体系能量的计算方法。采用弹塑性时程分析法对3个不同层数的钢框架算例评估能量计算方法的合理性。结果表明:基于能量反应谱计算多自由度体系总输入能及滞回耗能的方法精度良好,结果可靠。对高层结构或结构遭受对高阶振型敏感的地震波,建议按该方法考虑高阶振型所携带能量。     

近远场地震动对单自由度体系滞回耗能需求影响研究

为研究地震荷载作用下弹塑性单自由度体系的滞回耗能需求,分别输入多条不同的近远场地震动记录,进行单自由度体系的滞回耗能时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下单自由度体系的滞回耗能需求存在明显差异,近场地震动对体系滞回耗能需求要求更高。提出了单自由度体系的滞回耗能速度谱的概念,并分别从地震动特性和结构自身特性两方面分析不同参数对滞回耗能速度谱的影响。研究表明,近远场、地震动的强度、场地条件对体系的滞回耗能需求有明显影响,单自由度体系的阻尼比对滞回耗能速度谱有明显影响。研究结果为更好地在结构设计中考虑地震动特性及实现基于能量的结构抗震设计思想提供了依据。     

高层混合结构滞回耗能分布规律的研究

本文采用10条不同类型地震波对11个周期不同的高层混合结构进行地震能量分析,以研究结构参数以及地震波参数对结构滞回耗能层间分布系数的影响.研究表明,高层混合结构的主要滞回耗能区域在剪力墙底部,钢框架基本不参与滞回耗能;滞回耗能在高层混合结构中的层间分布主要受到结构自振周期和地震波强震持时的影响,底层剪力墙承担滞回耗能的比例随结构自振周期或地震波强震持时的增大而降低;通过参数分析获得了反映周期以及强震持时影响的滞回耗能层间分布系数的简化计算公式.     

高层斜交网格-RC核心筒结构地震反应能量分析

选用一定数量的地震波,采用PERFORM-3D有限元分析软件对5个不同结构特性的高层斜交网格-RC核心筒结构进行弹塑性时程分析,分析了此类结构在水平地震作用下总输入能在各能量项的分配规律;结构滞回耗能与结构参数以及地震动参数的关系;以及滞回耗能在构件和层间的分布规律。研究表明:结构滞回耗能和阻尼耗能为结构输入能量的主要耗散形式;不同地震波类型对结构滞回耗能影响较大;结构等效刚度比对结构总滞回耗能影响较小,然而对滞回耗能在各构件中的分配规律影响较大;结构滞回耗能主要为斜柱和连梁的塑性耗能,斜柱和连梁为关键耗能构件;斜柱及剪力墙耗能主要集中在底部楼层,而连梁耗能分布范围较广。     

基于能量指标的高层钢结构动力弹塑性抗震能力研究

能量参数作为结构抗震性能的重要指标,因结构滞回耗能和损伤机理的复杂性而较少被研究或仅对SDOF系统进行能量反应分析;然而,真实的结构是多维空间体系,结构构件在空间上具有协同工作的特点,将低维条件下的研究成果推广到更高维的层次上有一定的局限性。针对该问题,基于能量分析方法,研究了1个3×6跨、18层、高55m的高层钢结构在多维地震荷载作用下的抗震性能。明确结构各种能量成分占总输入能的比例关系、结构的极限耗能能力、层间滞回耗能分布规律、结构的损伤(塑性铰)分布,并讨论了不同加速度峰值下瞬态滞回耗能、滞回耗能幅值谱和由能量分析获得的结构等效阻尼比等诸多参数。基于能量指标的分析方法较好地反映地震荷载作用下结构的抗震性能。     

基于能量及损伤的主余震地震动对超限高层结构抗震性能影响研究

以第一周期为8.57s的某超限高层框架-核心筒建筑结构为研究对象,选取7条实际长周期主余震序列型地震动,并与单主震地震动一起作为输入样本,通过有限元软件PERFORM-3D对结构进行非线性动力时程分析;着重从结构整体、楼层滞回耗能情况及构件材料损伤等反应量角度来研究主余震地震动对超限高层建筑结构抗震性能的影响。研究结果表明,相对单主震地震动,结构在主余震地震动作用下整体滞回耗能增幅最大达到31.34%,楼层滞回耗能增幅最大可达到45.71%;同时余震地震动作用会使结构中构件损伤逐步累积过渡,导致部分构件转变为严重损伤状态。因此,对于超限高层建筑结构,仅根据现行规范或超限高层建筑专项审查研究超限高层在单次主震地震动作用下的抗震能力并不能很好地评估结构的抗震性能,建议对超限高层建筑结构进行非线性动力时程分析时补充余震地震动作用的影响,从而全面、安全可靠地评估超限高层建筑结构的抗震性能。     

基础隔震结构地震能量分布及耗散研究

为了研究隔震结构在不同特性地震动作用下能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理,利用抗震非线性软件perform3D,对近场和远场地震动作用下隔震结构和非隔震结构地震响应进行了对比分析,得到了隔震结构和非隔震结构在多遇、设防及罕遇地震下地震能量的输入、分布及耗散规律。研究表明:近场地震动作用对隔震结构耗能形式影响较大,且其对两种结构产生的滞回耗能比例更大;滞回耗能沿结构竖向呈现上小下大的分布规律;结构构件刚度变化对构件滞回耗能影响较大。     

基于变形和能量的低烈度区超高层建筑抗震性能分析

介绍地震能量分析基本原理,采用非线性分析软件PERFORM-3D对6度区的某超高层建筑进行了大震作用下的动力弹塑性时程分析,研究了结构塑性变形分布规律、能量总输入与耗散分布特征以及构件间滞回耗能分配等问题,从整体结构和局部构件两个层面评价了结构的抗震性能。研究结果表明,能量分析反映了地震动持时特性对结构的影响,可以作为基于变形的抗震性能分析的较好补充;低烈度区结构在大震作用下进入塑性程度不高,能量耗散主要由阻尼耗能完成,滞回耗能主要由框架梁和跨高比大于2.5的连梁完成。     

高层混凝土基础隔震结构的损伤与耗能评价

针对高层混凝土框架和框架剪力墙基础隔震结构,考虑水平双分量记录的4种不同输入方法(在水平面内按原地震记录最大幅值对应方向重新分解获得新的双分量记录,地震输入时将此两记录各自幅值较大分量分别对应结构较柔及较强方向),展开弹塑性时程分析对比,进行损伤及耗能评价。建立适用性更广的综合损伤指标,并建议以周期延长系数作为评价隔震效果的指标。研究表明:地震记录不同分解下的输入对能量反应影响不大,对损伤结果有一定影响;输入分解得到幅值最大的分量时结构损伤不一定最严重、耗能也不一定最大。框剪结构隔震效果较好,但滞回耗能在楼层分布上底层耗能突出,而框架结构滞回耗能沿楼层基本呈梯形分布特征。结构能量反应的时程变化特性主要受输入地震记录控制,与Arias强度曲线接近。     

梁式桥抗震设计的地震能量反应谱分析

合理选取4类场地320条强震记录,研究地震动特性和恢复力模型动力参数对弹塑性SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,得到如下结论:1对于弹塑性SDOF体系,只要给出某一标准设防烈度的地震能量反应谱,其他设防烈度的能量反应谱可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到;2可忽略屈服后刚度比对结构地震能量响应及其分配规律的影响;3阻尼比对地震总输入能的影响不大,但却对阻尼和滞回耗能有较大影响;4弹性和弹塑性SDOF体系的地震总输入能存在一定差别的,不能忽略结构延性对地震总输入能的影响;5低延性结构的延性能力的增加将会大幅提高其滞回耗能能力。在此基础上,采用非线性能量反应时程分析方法,建立适用于我国梁式桥抗震设计的地震总输入能谱、能量折减系数谱、滞回耗能谱和滞回耗能比谱,并为梁式桥基于能量的抗震设计提供以下建议:在采用能量方法对梁式桥进行抗震设计,因尽量使结构周期超过临界周期,以避免结构弹塑性地震输入总能量被放大;同时,还应控制梁式桥的延性不宜过大或过小。     

近断层地震地面运动的能量与位移延性需求

针对脉冲型近断层地震动考虑了位移延性和阻尼因素对结构输入能量谱的影响,指出输入能量谱是表征地震动累积破坏能力的稳定指标,分析了地震动输入能量和单自由度结构响应最大位移之间关系,提出了等效速度比的简化解析表达式．基于Park-Ang双参数损伤模型分析了损失指标和最大位移延性之间的关系,并和文献[12]建议公式进行了比较,指出对于确定的损伤指标,近场地震动相对集中的能量输入会导致更高的位移变形需求,和相对较小的累积损伤需求。因而有必要考虑增强结构瞬时耗能能力以减小其变形。     

结构阻尼比对地震反应能量的影响

通过perform-3d软件基于能量平衡原理,对一钢筋混凝土框架结构在地震波不同结构阻尼比对总输入能、滞回耗能、阻尼耗能的变化规律、滞回耗能和阻尼耗能占总输入能的比例关系,结果得出:随结构阻尼比的增大,总输入能减小,滞回耗能减小,阻尼耗能增加,滞回耗能占总输入能的比例减小,阻尼耗能占总输入能的比例先增加后增加;能量及能量比例增加或减小的速度开始非常迅速,然后慢慢趋于平缓稳定;能量和能量比例与结构阻尼比的关系都可以拟合成指数关系曲线。本文通过选取大量地震波统计分析了震中距对能量比例无明显影响。     

近断层地震动反应谱特性与强度指标分析

通过对两类近断层地震动的弹性反应谱和滞回耗能谱特性进行分析,并与普通地震动的反应谱进行对比,得出两类近断层地震动对中长周期结构的加速度响应、动力响应、速度响应、位移响应以及滞回耗能的影响均比普通地震动大,且滑冲型地震动的位移响应明显比向前方向性地震动大。分别对两类近断层地震动的20个强度指标进行相关性分析,得出对于短周期结构,建议选择地面峰值加速度(PGA)作为分析用强度指标;对于中长周期结构,建议选择地面峰值速度(PGV)作为分析用强度指标。     

单自由度体系非线性地震能量反应的计算

随着结构抗震理论的深入研究,目前对结构地震破坏比较一致的看法：基于最大位移反应首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则比较符合震害和试验实际.采用能量耗散来描述结构的塑性累积损伤,其形式简单、计算方便,又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响.建立了单自由度体系在地震作用下的能量反应公式,通过对结构地震反应能量的计算,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,分析了地震总输入能受各种因素影响的变化规律及地震总输入能在滞回耗能和阻尼耗能之间分配受各因素影响的变化规律.     

主余震序列作用对剪力墙结构动力响应影响分析

为了研究主余震序列作用对高层剪力墙结构动力响应的影响,以某超高层作为研究基础建立了其动力弹塑性分析模型,开展了相关研究工作。选取10个真实主余震序列作用事件,构造了14条主余震序列作用作为输入的地震荷载;以PGA、PGV、PGA/PGV等作为表征地震动强度的指标,计算了结构在主余震序列作用及仅主震作用下的结构塑性耗能、最大残余层间位移角的增量损伤比及Karl Pearson相关系数;分析了主余震序列作用下结构塑性耗能及最大残余层间位移角的特点和地震动强度指标与增量损伤比的相关性。结果表明,主余震序列作用加剧了结构损伤,其塑性耗能增量平均达24%～28%;主余震序列作用下结构最大残余层间位移角有可能增大,也有可能减少。基于塑性耗能的结构主余震增量损伤比与PGV、SED、S_I等速度相关的地震动强度表征指标均表现出了较强的相关性,可考虑作为选择和调整主余震序列作用地震波的指标;基于最大残余层间位移角的结构主余震增量损伤比则与地震动强度指标相关性较弱。     

阻尼模型对混合结构地震耗能分析的影响

本文采用14条地震波对3个不同阻尼模型下的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解不同阻尼模型对结构耗能分析的影响,结果表明：阻尼模型的选取对结构总输入能的计算影响不大,但对于滞回耗能在总输入能中所占比例（滞回耗能比）有很大影响。采用刚度比例和瑞雷阻尼模型进行地震耗能分析获得的滞回耗能比随结构自振周期的增大而减小,但质量比例阻尼模型的计算结果受结构周期影响不大;采用刚度比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比与采用瑞雷阻尼模型相近,随着结构自振周期的增大,瑞雷阻尼模型会略大于刚度比例阻尼模型;采用质量比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比最大,随着地震波峰值速度与峰值加速度比值（V／A）的增大,刚度比例和瑞雷阻尼模型的计算结果会与质量比例阻尼模型趋于一致。     

支撑钢框架在罕遇地震下的滞回耗能分析

我国现行建筑抗震设计规范采用的小震弹性设计方法无法准确预估地震动循环效应中结构产生的累积损伤.基于能量的性态设计方法能同时考虑力、位移、强震持时等因素,可反映出结构的累积滞回耗能与往复塑性变形,是有发展前景的设计方法.结构滞回能需求预估是基于能量设计方法的核心内容.文章按照现行规范设计了 8个中心、偏心支撑钢框架结构算...     

基于能量原理的钢筋混凝土桥墩抗震安全系数

从能量的角度提出了桥墩抗震耗能能力安全系数的概念,通过合理给定位移和损伤控制条件并结合钢筋混凝土构件的损伤指标方程和结构地震反应的能量方程推导出了这一安全系数。最后用通用有限元软件对一实例钢筋混凝土桥墩抗震耗能能力安全系数进行了计算,验证了方法的可行性。研究结果表明:通过给定合理位移和损伤控制条件可以简便地求出桥墩的有效总耗能能力并可由此得到不同地震动输入情况下的桥墩耗能能力安全系数。对今后基于能量原理的抗震设计和评估方法的应用,具有一定的参考作用。