带端板连接可更换耗能梁段的钢框筒结构地震易损性分析

为研究带端板连接可更换耗能梁段高强钢框筒结构(HSS-SFTS)的地震易损性,采用SAP2000软件建立20层、30层、40层HSS-SFTS典型算例模型,从PEER地震数据库中分别选取40条近场含脉冲型和40条普通远场地震波,基于增量动力法(IDA)获得算例在远、近场地震作用下的IDA曲线簇.同时,基于四水准抗震设防目标获得不同极限状态下的地震易损性曲线,并对HSS-SFTS进行地震易损性评估.结果表明：HSS-SFTS算例在四个不同设防水准下的超越概率均小于50%,满足“小震不坏、中震轻度损伤、大震可更换、巨震防倒塌”的抗震设防目标,具有良好的抗震性能;各算例对应不同水准下近场脉冲型地震的超越概率均高于普通远场地震至少20%,表明近场脉冲型地震对结构的塑性损伤程度影响更大.     

近场脉冲型地震动对钢筋混凝土框架结构影响

目的研究钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动作用下的反应特性，给出可用于近场环境估计结构破坏程度的地震动参数．方法从弹性反应谱、结构顶点位移、层问位移比和基底剪力四个方面，与远场地震动作用下结构的反应进行对比．采用计算地震动参数和结构整体破坏指数相关性的方法研究地震动参数用于结构破坏估计的适用性．结果近场脉冲型地震动和远场地震动有着明显的不同，在前者作用下结构的反应明显增大．得到了各参数与结构破坏程度的相关性。结论近场脉冲型地震动中含有较丰富的低频分量，谱值随周期增大衰减较慢．在近场环境峰值地面速度（PGV）和地震动能量密度（Eρ）可用来较好地估计结构的破坏程度．     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

空腹式连续刚构桥抗震性能评价

以一座在建的空腹式连续刚构桥为研究对象,采用SAP2000软件建立三维有限元模型,以桥墩的位移延性比为损伤指标,采用IDA法对结构进行地震响应分析。在结构地震易损性分析中,同时考虑了地震动和结构材料参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样法形成地震动-桥梁结构样本对,通过大量非线性计算得到了该桥在近场、远场地震作用下的易损性曲线。同时在此基础上进行了全桥在E1和E2水准抗震性能评价。     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

摩擦耗能部分自复位连接组合框架边节点抗震性能试验研究

为进一步研究摩擦耗能部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力2个设计参数设计制作3个缩尺试件并进行了拟静力下抗震性能试验研究。根据试验测试结果,对试件承载力、节点转动刚度、残余侧移角、滞回耗能和节点受力机理等方面进行了分析。研究结果表明：摩擦耗能部分自复位连接可通过摩擦板摩擦滑移耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主体构件梁柱处在弹性状态;PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,而其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,且PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小;试件SMJ–2加载至试验结束对应层间相对侧移3.182%,其残余侧移角小于0.005 rad,即具有极佳的自复位功效,试件SMJ–3加载至中震层间相对侧移限值1/50和大震层间相对侧移限值1/30,其残余侧移角分别小于0.005和0.01 rad,自复位功效良好,而试件SMJ–1在加载至中震层间侧移限值1/50,其残余侧移角小于0.01 rad,但随后加载产生的残余侧移角由于竖向力二阶效应而增大趋势明显,自复位功效相应减弱。     

基于谱匹配的近远场地震动作用下RC框架结构易损性分析

选择合适的地震动输入是进行结构非线性动力分析和增量动力分析的基础。首先选取实际近场和远场地震动记录各20条,并运用谱匹配方法对其进行目标设计谱匹配,得到谱匹配后的近场和远场地震动记录各20条。选择地震动最大峰值速度(PGV)和结构基本周期对应加速度反应谱S_a(T_1)值为强度指标,输入4组地震动记录,对一5层钢筋混凝土框架结构,分别进行单一地震动强度水平的非线性动力分析和多重地震动强度水平的增量动力分析,提取工程需求参数如最大层间位移角和最大残余层间位移角,进而分析反映谱匹配效果的偏差指标和工程需求参数的离散性及其与地震动强度指标的相关性。最后,基于增量动力分析结果对结构进行了不同损伤状态下的易损性分析。分析结果表明:工程需求参数分析结果与PGV的相关性明显优于与S_a(T_1)的相关性;输入谱匹配后的近场和远场地震动记录,工程需求参数分析结果的离散性明显降低且最大层间位移角无明显偏差;以PGV为强度指标,相同PGV时远场地震动引起的结构最大层间位移角较大,而以S_a(T_1)为强度指标,相同S_a(T_1)时则是近场地震动引起的结构最大层间位移角较大;结构倒塌前,近场地震动作用下各损伤状态对应的最大残余层间位移角较大,达到倒塌状态时,近场地震动作用下结构的最大残余层间位移角较小。     

基于ANSYS的SRC框架结构侧移限值的可靠度

用蒙特卡罗法和响应面法计算风荷载作用下型钢混凝土结构侧移控制的失效概率及其可靠指标时,蒙特卡罗法需要循环模拟次数太多,而响应面法无法准确求出小失效概率,提出的假定位移分布模式的直接积分法能较好地解决此问题.可靠度分析结果表明,现行《规程》可靠指标偏低.     

碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验与模拟

为减小防屈曲支撑的残余变形,本文将防屈曲支撑和预压组合碟簧复位系统并联形成新型组装自复位防屈曲支撑。 通过拟静力试验和数值模拟考察了构造和复位比率对支撑滞回性能的影响。 试验和模拟均表明:与防屈曲支撑相比,自复位防屈曲支撑滞回曲线呈旗帜形且残余变形大幅减小;支撑断裂前滞回曲线稳定,试验与模拟结果较一致。 复位系统不仅能提供复位力,且可补充耗能。 随复位比率的增大,支撑残余位移减小。1/50 侧移角下,当复位比率 α_sc^1/50大于 1.1 时,残余变形几乎消失。 为改善支撑低周疲劳性能和复位效果,钢板支撑宜采用较长的屈服段。 分析表明:总体上,当0.3≤α_sc^1/50≤1.1 时,支撑残余侧移角与复位比率间呈线性关系。 复位系统内的内外螺杆的初拉力可适度调整自复位支撑受拉侧的初始刚度。     

脉冲型地震动作用下双薄壁墩参数对矮塔斜拉桥地震反应的影响

以某双塔三跨矮塔斜拉桥为背景,通过非线性分析探究脉冲型地震动下双薄壁墩的几何参数对矮塔斜拉桥桥墩地震反应影响规律,为抗震设计中双薄壁墩几何参数取值提供一些参考依据。结果表明：壁厚主要影响结构基频,双肢中心距主要影响结构高阶频率,墩高同时影响结构基频和高阶频率;相比于远场无脉冲地震动,横向脉冲型地震作用下墩的内力反应增幅超过20%,纵向脉冲型地震作用下墩的内力反应增幅超过30%;远场地震动及近断层地震动作用下,墩参数在工程合理取值范围内,减小双薄壁墩的厚度、增加墩高能减小桥墩地震反应;双肢中心距对墩的地震反应影响很小,减小壁厚能提高墩的延性,双肢中心距和墩高不影响桥墩延性。     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明：近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。     

有速度脉冲的近场地震下偏心支撑钢框架抗震性态评估

屈服点谱是一种新的位移-加速度反应谱,可用于结构抗震性态设计和性态分析。结构在近场地震动作用下的反应与远场地震作用明显不同,这是由近场地震动高能量的速度脉冲特征决定的。根据多条近场地震波构造了屈服点谱,对两个偏心支撑钢框架进行了强震下的性态评估。非线性时程分析结果验证了屈服点谱法用于近场地震评估的可信性。     

考虑NGA地震动衰减关系的主余震概率损伤分析

为研究主余震序列作用下结构的位移响应、失效模式以及整体损伤演化等方面的影响规律,结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,采用改进的截面损伤率计算方法分析了算例结构在强余震引起的附加损伤率,并从概率角度刻画了强余震造成的概率累积损伤．研究表明:强余震引起结构的附加损伤随着其超越概率的减小而呈现增加的趋势;结构的主震损伤率与余震附加损伤率呈现近似负相关关系;当结构遭受主震后的损伤率较大时,即便较小的余震造成的损伤也会导致结构概率累积损伤发生较大的变化;如果余震的卓越周期与主震下受损结构的自振周期相近时,存在类共振现象,可加重结构的附加损伤．     

摩擦部分自复位连接组合框架层间抗震修复性试验研究

为研究摩擦部分自复位连接组合框架中间层的抗震修复性,设计1榀1∶2缩尺比例PEC柱-钢梁摩擦部分自复位组合框架中间层子结构试件进行修复前后的两次抗震试验。根据试验现象和实测数据,对试件滞回性能、水平抗侧刚度退化规律、自复位功效、耗能能力等抗震性能进行了对比分析。分析结果显示：摩擦部分自复位连接可通过摩擦T形件螺栓长圆孔合理设置以实现“设计地震水平下发挥自复位连接性能和大震设计水平转化为承压型”传力模式,进而发挥主体构件材料耗能自复位性能设计理念;摩擦耗能T形件对穿螺栓和预拉杆将梁端受拉侧拉力转为对节点区混凝土的压力,实现了节点区混凝土压力带传力,且节点区加强盖板设置使得节点区混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土强度,更好满足了“强节点”的抗震要求;在设计地震水平下,修复前后试件层间残余侧移最大值分别为0.11%和0.13%,满足了自复位结构侧移限值0.3%要求,基本实现完全复位,而在罕遇地震水平下,修复前后试件承载力均呈增长趋势,且其层间残余侧移最大值分别为0.42%和0.44%,仍小于小震层间侧移限值0.5%,试件仍具有良好的自复位功效;摩擦部分自复位连接仅通过简单修复,即可实现受力发展进程、刚度退化规律、自复位功效和损伤耗能演化机理的基本恢复,具有良好的抗震可修复性。     

基于IDA的自复位预制剪力墙抗倒塌能力分析

自复位预制混凝土剪力墙通过预应力筋将分段预制墙片沿竖向拼接形成整体,同时在墙底部设置普通钢筋以增加耗能能力。前期的试验研究和数值模拟结果表明,自复位预制混凝土剪力墙具有损伤破坏程度轻、震后残余变形小的特点,是具有震后可恢复功能的抗震结构体系。为进一步研究该类体系在强地震动输入下的性能,特别是抗倒塌性能,设计了4层和6层原型结构,分别采用自复位预制混凝土剪力墙和传统钢筋混凝土剪力墙作为主要抗侧力构件。通过前期试验结果,建立了可靠的数值分析模型,用于后续倒塌分析。采用44条地震动输入对各原型结构进行非线性增量动力时程分析,并建立各自的倒塌易损性曲线,在此基础上采用FEMA P695标准评估和比较各原型结构的抗倒塌能力。分析结果表明,由于耗能能力略小的原因,自复位预制混凝土剪力墙在罕遇地震作用下的水平位移比传统现浇剪力墙稍大,但其在强震作用后的残余变形则明显小于普通钢筋混凝土剪力墙,即具备良好的震后自复位性能。倒塌易损性曲线的对比表明自复位预制剪力墙的变形能力显著优于普通剪力墙,因此震后损伤破坏程度轻。采用FEMA P695标准的方法对各原型结构抗倒塌能力评估结果表明,作者设计的4层和6层自复位预制剪力墙具有与普通现浇剪力墙接近的抗倒塌能力和地震安全冗余度,满足FEMA P695对结构抗倒塌安全性的要求。     

强震下K型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布

选用10条远场和10条近场地震波对K型偏心支撑钢框架进行了非线性动力时程分析,探索了远场与近场地震下结构滞回能层间分布规律.研究表明,K型偏心支撑钢框架的主要耗能区域分布在耗能梁段;近场地震对结构滞回能需求及滞回能层间分布有较大影响,对各构件耗散的滞回能占总滞回耗能的比值也有很大影响.根据非线性时程分析结果,提出了K型偏心支撑钢框架滞回能层间分布系数的简化计算公式.     

自复位混凝土剪力墙抗震性能研究进展与展望

强震后工程结构功能快速恢复,是近年来可持续发展工程抗震的重要研究领域.由于通过释放墙片节点约束并沿墙高通长布置并后张无黏结预应力筋实现摇摆回复及倾覆控制,地震动下摇摆和界面张合效应可使自复位混凝土剪力墙表现为无震损或低震损及小残余变形,甚至无残余变形.作为可恢复功能结构体系重要组成部分的自复位混凝土剪力墙结构、技术、理论与设计方法正持续发展.在结构体系上,包括受控摇摆单肢墙、混合摇摆单肢墙、竖向连接耗能联肢墙以及连梁耗能联肢墙结构4种自复位剪力墙,均具备明确的自复位能力,但耗能钢筋/部件组装程度导致了不同结构体系的耗能能力差异明显;在设计方法上,传统的基于力的抗震设计方法难以直接应用,应确定相关性态极限状态和控制点并完善残余变形验算,提出基于位移性态的自复位剪力墙抗震设计方法;非线性分析方法上,纤维模型、集中塑性模型、多弹簧模型以及实体有限元模型等均可较精确地进行自复位剪力墙结构的模拟分析,但仍需有针对性考虑相关参数敏感程度.进而,提出开展预应力筋弹性和非弹性受力行为及其摇摆转动中的变形能力与损失,楼屋盖等水平连接对自复位能力和震损影响,强震下预应力筋和耗能元件失效下自复位剪力墙倾覆,多墙片拼装竖向多节点摇摆的自复位剪力墙高阶振型效应与残余变形预测等四方面研究,为自复位混凝土剪力墙结构体系研发与应用提供理论和技术支撑.     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

轻钢结构住宅支撑体系抗震性能研究

目的为了分析轻钢结构支撑体系对结构在不同地震烈度和场地土条件下的抗震性能影响，并通过布置不同形式的支撑以提高结构的抗侧移刚度．方法利用同济大学MTS多高层设计软件，采用楼盘平面布置中的一个单元，建立H型钢框架支撑体系模型，计算出结构的最大层间位移和上部结构的平均用钢量．结果在7度第1、2、3、4类场地土条件及8度1、2类场地土下适合布置柱间中心支撑以提高结构的抗侧移刚度控制结构的侧向变形；8度3、4类场地土条件下不适合布置中心支撑宜采用偏心结构支撑以提高结构的耗能吸能能力．结论在多层住宅应布置支撑以提高结构的抗侧移刚度，并当横梁刚度不大时支撑采用十字交叉支撑，当刚度很大时,宜采用人字型支撑．