钢筋混凝土结构地震损伤理论与应用

该项目首次建立了随机地震动模型参数与传统结构抗震设计所依据的基本参数之间的关系;利用我国历史地震资料统计确定了主余地震的震级关系,并提出了主余地震动模型及其参数的确定方法。通过几座钢筋混凝土框架的地震损伤模拟试验,首次系统地研究了主余震作用下钢筋混凝土结构的地震累积损伤、有损伤压弯构件的恢复力模型同时考虑主余震影响的抗震设计实用方法。首次提出了减轻和控制钢筋混凝土结构地震损伤的耗能一隔震柔性底层结构体系,通过底层耗能构件的低周疲劳损伤试验、结构体系地震损伤的拟动力试验和振动台试验,证实了这种结构…     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件的恢复力模型

根据反复荷载下人工气候环境加速钢筋锈蚀的钢筋混凝土压弯构件力学性能的试验结果,提出了反复荷载作用下恢复力模型中与钢筋锈蚀率相关的特征参数计算公式,建立了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的退化双折线恢复力模型,并与参考文献试验结果进行了对比,结果表明本研究建立的恢复力模型具有一定的适用性.     

钢管-GFRP管-混凝土柱抗震性能的研究

本文主要研究了钢管-GFRP管-混凝土柱在定轴力和往复水平力作用下的抗震性能。基于有限元分析软件ABAQUS对该构件的滞回性能进行了分析,得到了不同影响因素下骨架曲线形状的变化规律。研究表明,加入FRP管会降低原钢管混凝土构件的延性。当轴压比较大、长细比较小时,FRP管的脆性破坏会造成骨架曲线形状的突变。若对轴压比和长细比进行适当控制,则该构件仍能够满足延性的要求。最后对已有的实心或空心钢管混凝土压弯构件恢复力模型进行了修正,得到了适合本文构件的恢复力简化模型。     

考虑损伤效应的型钢高强高性能混凝土框架柱恢复力模型研究

为研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震特性,基于已进行的9榀型钢高强高性能混凝土框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析了其滞回特性,并将其骨架曲线简化为带下降段的理想三折线型骨架曲线模型,给出了骨架曲线的确定方法,同时简化了滞回环。通过引入基于损伤的循环退化指数对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度、再加载刚度以及承载力等各项力学性能指标的退化规律进行了描述,建立了基于损伤的型钢高强高性能混凝土框架柱的恢复力模型,给出了具体的滞回规则。结合试验结果,对恢复力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在反复荷载作用下的滞回特性,研究结果可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

双向压弯方钢管高强混凝土构件滞回性能试验与分析

进行了4个双向压弯方钢管高强混凝土构件在低周反复荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.433～0.624)、宽厚比(30和50)和长细比(18.5和25.4)。试验结果表明,随轴压比的提高,构件的承载力和延性降低,随钢管宽厚比的增加,构件的承载力提高;试件的位移延性系数μ=3.63～5.18,抗震性能良好。利用纤维模型法计算了构件的荷载位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好。进行了压弯构件的截面参数分析,研究了轴压比、套箍系数、加载角度和荷载类型对构件滞回性能的影响。建立了方钢管混凝土压弯构件的弯矩曲率和荷载位移恢复力模型,基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,可为结构的弹塑性动力分析提供参考。     

基于纤维梁单元模型的内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件延性分析

采用ABAQUS有限元软件并结合二次开发的纤维梁单元模型程序i Fiber LUT,在合理选取钢材与混凝土本构关系的基础上建立基于纤维梁单元的往复加载下内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件数值分析模型,并与已有试验进行对比验证。计算出往复荷载作用下典型压弯构件的荷载-位移滞回关系曲线,并给出相应的骨架曲线。分析了轴压比、型钢含钢率、不同加载方式以及材料强度等参数对构件骨架曲线和延性的影响。结果表明:轴压比和型钢含钢率是影响组合构件延性的重要因素,其中轴压比对构件延性的影响最为显著,该类构件总体上表现出良好的延性和较高的承载力,能够适用于地震区建筑的结构设计。     

空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能研究Ⅱ:理论研究

基于前文对空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能的试验和有限元分析,对空心普通和再生钢管混凝土压弯构件的抗震性能进行了理论研究。首先,运用瑞利-利兹法和极限平衡理论等方法对压弯构件在单调荷载作用下的荷载-位移曲线进行了全过程分析。结合有限元参数分析结果,提出了空心普通和再生钢管混凝土压弯构件骨架曲线理论模型和位移延性系数简化计算公式,可为空心钢管混凝土结构工程实践和相关规程的修订提供理论参考。     

缓冲限位滞变-摩擦隔震系统的理论恢复力模型研究

针对弹塑性缓冲限位装置与滞变-摩擦隔震装置并联的隔震系统,在总结试验结果的基础上,提出了隔震系统的理论恢复力模型,建立了系统的运动方程;通过与非线性时程分析及试验结果的对比,验证了理论恢复力模型的正确性;通过主、余震作用下的地震反应分析,表明该限位装置在确保上部结构安全的同时,能够有效地限制隔震层的位移,并起到较强余震作用下的二次保护作用。本文的研究可为相应隔震体系的设计和工程应用提供依据。     

大跨刚构-斜拉组合桥三重非线性地震响应分析

刚构-斜拉组合梁桥为新型组合桥梁结构,非线性抗震分析参考资料较少,本文以某刚构-斜拉组合梁桥为例,给出了结构抗震及隔震非线性行为的分析方法,引入钢筋混凝土压弯构件武田三线性骨架曲线恢复力模型,运用Fortran语言编制了钢筋混凝土的N-M-φ关系曲线计算程序,编程计算出钢筋混凝土的N-M-φ关系曲线,在考虑桩土耦合作用的基础上进行了刚构-斜拉组合桥的弹塑性、几何非线性及边界非线性地震响应分析,其分析结果为同类桥梁的抗震设计提供了参考。     

剪切破坏模式下考虑楼板作用的钢骨混凝土柱-钢梁节点恢复力模型

对剪切破坏模式下考虑楼板作用的钢管混凝土(SRC)柱-钢梁节点展开试验研究，共设计了6个不同轴压比和楼板厚度的节点，对拟静力试验结构进行分析。通过对比分析剪切破坏模式下带楼板和不带楼板的SRC柱-钢梁节点试验骨架曲线的规律，选取三折线模型建立剪切破坏模式下考虑楼板作用的SRC柱-钢梁节点的无量纲化骨架曲线，并通过ORIGIN软件进行线性拟合得出方程表达式。再分析6个节点在加载过程中不同阶段的刚度退化规律，建立其恢复力模型。将试验中相同阶段的刚度利用ORIGIN进行非线性回归，得出各个阶段的刚度退化曲线方程，并依照所提出的剪切破坏模式下考虑楼板作用的SRC柱-钢梁节点的恢复力模型进行计算，试验结果与模拟结果契合度较高，说明此模式下建立的恢复力模型是有效的。     

钢筋混凝土框架结构的损伤状态相关余震易损性分析

一次主震过后通常伴有多次余震发生,由于主、余震间隔时间较短,主震损伤结构通常要遭受进一步的余震作用.为了评估震损结构的余震安全,提出了一种损伤状态相关的余震易损性分析方法.该方法采用有限次整体调幅的主余震序列作为输入,利用Park-Ang指数描述结构在主余震序列作用下的主震损伤和累积损伤,基于logistic回归方法生...     

型钢自密实混凝土叠合剪力墙恢复力模型

为了研究型钢自密实混凝土叠合剪力墙的抗震性能以及恢复力特性,对1个全现浇型钢普通混凝土剪力墙试件和5个型钢自密实混凝土叠合剪力墙试件进行了低周反复加载试验。通过分析试验所得的剪力墙的水平荷载-位移骨架曲线,建议将其简化为以屈服点、峰值荷载点、极限点为特征点的三折线模型,并根据试验现象以及理论分析结果给出骨架曲线中各特征点参数的计算方法。对试验所得滞回曲线进行回归分析,得到了墙体的抗侧刚度退化规律,据此得出适用于型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力模型,并用试验得到的骨架曲线与滞回曲线进行验证。结果表明,由此恢复力模型求得的计算曲线与试验曲线吻合程度较好,该模型可以较好地反映型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力特性,可用于计算地震作用下以受弯破坏为主的型钢自密实混凝土叠合剪力墙的荷载-位移滞回曲线。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型试验研究

对6个1/2比例焊接环式箍筋约束高强混凝土柱进行了低周反复加载试验,研究了轴压比和配箍率对柱变形性能和滞回特征的影响。通过试验结果的回归分析,以位移比、轴压比和配箍率等为主要参数,建立了卸载刚度和反复加载下的承载力退化率的计算式。在试验研究基础上,对滞回曲线特征进行了分析,并根据试验 P-Δ滞回曲线的特征,得到了柱恢复力模型。研究结果表明：采用由弹性、强化和承载力退化三阶段所组成的三折线型骨架曲线,可以反映焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的恢复力特性,该骨架曲线按试验实测数据统计回归分析法以及截面条带分析法确定,其强化段和承载力退化段均考虑了轴压比和配箍率的影响。在试验研究基础上,建立了焊接环式箍筋约束高强混凝土柱剪力-侧移恢复力模型。分析和试验结果表明：所建立的恢复力模型能较好地反映不同轴压比与配箍率对柱的滞回规律特性的影响,可用于该类柱的抗震性能分析。     

考虑余震影响的RC框架结构抗震设计方法

历史地震表明强余震会进一步增大结构的破坏程度甚至使其倒塌,但是我国乃至世界上的所有抗震设计规范均只考虑主震作用而没有直接考虑余震影响.为提出能有效考虑余震影响的抗震设计方法,文章基于主余震设计谱和主震设计谱共设计了12个钢筋混凝土(RC)框架结构.选取50条实际主余震地震动对所有结构进行增量动力分析进而得到结构倒塌易损...     

冻融损伤低矮钢筋混凝土剪力墙恢复力模型研究

为研究严寒地区钢筋混凝土剪力墙的力学性能,对经历冻融循环作用的8片低矮钢筋混凝土剪力墙进行了拟静力试验研究。综合考虑冻融循环次数、混凝土抗压强度和轴压比对剪力墙承载力和延性的影响,以动弹性模量定量表征混凝土冻融损伤程度的冻融损伤变量D,建立剪力墙的骨架线特征点荷载（位移）修正系数计算模型。考虑累积损伤效应造成的承载力和刚度退化,引入循环退化指数β_i,提出了适用于遭受冻融循环的低矮钢筋混凝土剪力墙的滞回规则,进而建立了考虑冻融循环损伤作用的低矮钢筋混凝土剪力墙恢复力模型。选取4榀经历不同冻融循环次数的低矮钢筋混凝土剪力墙验证该恢复力模型的准确性,计算其滞回曲线和累积滞回耗能值并与试验值进行对比,吻合情况较好。研究所建立的恢复力模型具有较好的精度,可为严寒地区剪力墙结构的弹塑性分析提供理论依据。     

考虑损伤效应的钢管转换柱抗震性能试验研究与理论模型

为研究传统风格建筑钢结构转换柱连接的抗震性能及其恢复力特性,对不同上柱长细比（8.9和12.5）与轴压比（0.2和0.4）的4个钢管转换柱连接进行了低周往复加载试验,记录并分析了其受力过程和破坏形态。试验结果表明：随着轴压比和矩形钢管长细比的增大,转换柱连接的P-Δ效应加剧,构件的承载力逐渐降低。通过理论计算提出骨架曲线特征点计算式,得到理想双折线骨架曲线恢复力模型。同时,考虑累积耗能与变形对构件性能退化的影响,引入一个适用于传统风格建筑转换柱连接的损伤模型,确定了柱连接构件在每次滞回循环后的累积损伤指数,基于试验拟合结果定量描述其卸载刚度等力学性能指标的退化规律。最终给出转换柱连接构件在各受力阶段具体的滞回规则,得到考虑损伤效应的传统风格建筑钢转换柱连接的恢复力模型。经比较,所建议的考虑损伤效应的恢复力模型与试验结果吻合程度较高,能够很好地描述传统风格建筑钢转换柱连接在低周反复荷载作用下的受力特征与滞回特性。     

预应力与非预应力高性能混凝土梁抗震性能试验研究与有限元分析

基于预应力与非预应力高性能混凝土梁的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。研究表明:非预应力高性能混凝土梁具有良好的抗震性能,中等预应力度的高性能混凝土梁也具有较好的抗震性能。编制了预应力与非预应力高性能混凝土梁基于本构关系的滞回全过程非线性有限元分析程序,程序计算值与试验结果吻合良好。     

Vulnerability assessment of a high‐rise building subjected to mainshock–aftershock sequences

Strong aftershocks have the potential to further aggravate the damage state of structures, and much less attention has been given to the seismic vulnerability of high‐rise buildings than that of low‐ to medium‐rise buildings. This study assesses the seismic vulnerability of a 32‐storey frame–core tube building by performing the incremental dynamic analysis on the material‐based three‐dimensional numerical model. A storey damage model based on the material damage is developed using the weighted average method. Eighteen recorded mainshock–aftershock sequences, whose mainshock records match the target spectrum, are selected. The results indicate that the developed stroey damage model can effectively reflect the additional damage induced by aftershocks. Strong aftershocks have high potential to change the location of weak storeys. Notably, shifts of weak storeys are observed in more than 30% of aftershocks with relative spectral acceleration of 0.8. As the mainshock‐induced damage state becomes more severe, the mainshock‐damaged building becomes increasingly fragile to the aftershock excitation and more sensitive to aftershock intensities. The probability of exceeding severe damage state increases from 35.3% to 62.1% due to the effects of strong aftershocks. The results in this study can provide supports to the seismic resilience assessment of this high‐rise building.     

Building life-cycle cost analysis due to mainshock and aftershock occurrences

The objective of this paper is to develop formal stochastic expected financial loss estimation models over the lifetime of the building due to mainshocks and their subsequent aftershock sequences. Mainshocks are typically modeled as a homogeneous Poisson process with constant mean rate of occurrence, while the resulting aftershocks are modeled as a nonhomogeneous Poisson process with random magnitudes which has parameters (mainshock magnitude, m_m, and location) that are conditional on the random mainshock. The initial model to compute expected losses is the simplified homogeneous Poisson mainshock process and nonhomogeneous Poisson aftershock process with “immediate” repair of the building to the initial building state. We then develop a more general Markov and semi-Markov framework where we consider both Poisson and renewal processes for modeling mainshock occurrences with various building damage progression scenarios. Finally, we will incorporate the random aftershock losses into pre-mainshock financial loss estimation. The ability to compute the expected building life-cycle cost due to both mainshocks and aftershocks will be useful as an input to seismic decision making (both post- and pre-mainshock).