Shaking table tests on braced reinforced concrete frame structure across the earth fissure under earthquake

A series of shaking table tests on a scaled model were conducted to investigate the effect of steel braces on reinforced concrete frame structure across earth fissure under earthquake. In the test, a 1/15 scaled model structure taking into account soil–structure interaction was designed on the basis of similarity theorem. Seismic response data, including acceleration responses, displacement responses, shear force distributions, and strain amplitudes of column reinforcement were obtained and analyzed by comparing the results of unbraced and braced structure. Results show that with the peak ground acceleration of input motions increased, maximum of inter‐story drifts, shear forces, and strain amplitudes increased, whereas the acceleration amplification factors decreased. Steel braces could obviously reduce the seismic response of the structure, indicating that this retrofit method is an effective control measure for structures across the earth fissure under earthquake. These results are significant for studying the effect of earth fissure on seismic responses of structures.     

跨地裂缝框架结构地震响应振动台试验研究

为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应.研究结果表明:地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应...     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全.通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律.试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁...     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

Nonlinear analysis and test validation on seismic performance of a recycled aggregate concrete space frame

Three‐dimensional recycled aggregate concrete (RAC) nonlinear finite element models are developed by OpenSees software to investigate the seismic responses of a 1/4‐scaled six‐story, two‐bay and two‐span RAC space frame, which has been tested on a shaking table subjected to various earthquake scenarios. The simulated natural frequencies and vibration modal shapes, the acceleration amplification factors, the maximum story displacements and the inter‐story drifts are carefully validated by and compared with the test data with overall good agreement. The simulated seismic responses of the RAC frame and the natural aggregate concrete (NAC) frame are also compared. The aseismic capacity of the NAC frame structure is better than that of the RAC frame structure in the early stage, and they behave almost the same in the severe stage under strong earthquake excitations. Both tested and simulated results indicate that not only the peak ground acceleration and duration and frequency of ground motion but also concrete material properties play a prominent role in the overall seismic performances of frame structures. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

跨地裂缝结构地震作用下的损伤分析与评估研究

为研究跨地裂缝结构地震作用下的损伤机理与评估方法,通过缩尺比例为1/15的五层跨地裂缝框架结构模拟振动台试验,获得了不同地震波作用下该结构的自振频率变化和裂缝发展规律;采用加权系数法对模型结构进行损伤评估分析,并验证了该评估方法的可行性和合理性。同时采用ABAQUS有限元软件建立了结构跨越地裂缝和处于无地裂缝场地两种分析模型,进行了在高烈度地震作用下跨地裂缝结构构件和整体损伤分布规律的研究,以确定跨地裂缝结构损伤位置和损伤程度的内在关系。研究结果表明:跨地裂缝结构构件损伤分布表现出明显的上、下盘规律,即距地裂缝相同位置处,地裂缝上盘的梁柱构件损伤指数均大于下盘构件;跨地裂缝结构底层损伤指数远大于其他楼层,底层是该类结构的薄弱层;在相同峰值加速度地震作用下,处于非地裂缝场地结构整体损伤指数小于跨地裂缝结构,地裂缝的存在加剧了上部结构的损伤破坏。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

持续强震作用下RC框架结构振动台试验研究

持续强震作用对结构破坏作用较强,是造成2008年汶川地震中大量房屋结构破坏的主要原因之一。为研究房屋结构在持续强震作用下的结构反应特征,设计和制作了12层RC框架结构模型,并对其开展了三次模拟地震振动台试验,研究结果表明：结构在相同地震波持续强震作用下,对这种激励波的反应强度逐渐降低,并趋于稳定;当采用其他地震波对模型结构进行激励时,结构对不同地震波的反应明显增大,结构地震反应剧烈并增长迅速。根据试验研究结果,提出结构抗震稳健性的概念,对结构抗震稳健性的机理进行了探讨,并提出了结构抗震稳健性概念性计算方法,建议加强结构的抗震稳健性研究,以提高房屋结构在持续强震作用下的安全性。     

高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构抗震性能研究

为研究高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震性能,分别设计了一个10层钢筋混凝土框架结构和屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构模型,进行了地震作用下动力非线性分析。结果表明：屈曲约束钢板墙可显著减小高层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的层间位移,同时在罕遇地震作用下框架中塑性铰的数量也有大幅减少,表现出良好的抗震性能。在此基础上,综合规范对框架结构和框架-抗震墙结构抗震等级和柱轴压比限值的规定,并结合屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的受力特点,提出了高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震设计建议。建议屈曲约束钢板墙的边缘构件按框架结构确定抗震等级和柱的轴压比限值,其他框架部分根据其承担的地震倾覆力矩比例大小,按框架结构或框架-抗震墙结构确定抗震等级和柱的轴压比限值。     

木结构房屋对不同峰值地震波的抗震性能研究

相较于混凝土结构．木结构房屋在地震发生时,更容易破坏。考虑到木材本身的特性,以及木结构房屋的连接与混凝土结构有本质的不同．在地震作用下,有其独特的性质。本文依托振动台试验．对木结构房屋进行地震作用分析。通过对房屋不同位置加速度时程与输入时程对比．提出木结构对地震作用的放大效应。最后把不同峰值的加速度放大效应对比,定量分析了结构对地震作用的放大效应。同时也分析了放大效应与频率的关系,定性讨论了放大效应与频率的关系。为以后的木结构设计以及木结构房屋加固。提出了新的依据。     

Seismic fragility assessment of a tall reinforced concrete chimney

In China, a considerable proportion of reinforced concrete (RC) industrial chimneys in operation was designed and constructed in accordance with less rigorous outdated seismic criteria during the end of 19th and early 20th century. However, few research works have been reported till date on a realistic overall assessment of the seismic performance of these existing aging RC chimney structures. Therefore, in this study, fragilities of existing RC chimney were studied. For this purpose, an existing 240 m tall RC chimney was selected and structurally modeled with a lumped mass beam (stick) model by means of the OpenSees analysis program. In order to capture the uncertainties in ground motion realizations, a series of 21 ground motions are selected from the Next Generation Attenuation database as the input motions. To develop the analytical fragility curves, nonlinear incremental dynamic analysis of the studied RC chimney was then carried out using the selected input motions, which were normalized to different excitation levels. The section curvature ductility ratio was considered as the damage index. Based on material strain and sectional analysis, four limit states (LSs) were defined for five damage state. The seismic responses of the all sections were utilized to evaluate the likelihood of exceeding the LSs. Then the peak ground acceleration (PGA)‐based seismic fragility curves of the structure were constructed assuming a lognormal distribution. Finally, under the light of these fragility curves, the damage risks in existing RC chimney were discussed. The analytical results indicated that for design level earthquake of PGA = 0.1 g (g is the gravitational acceleration) and the maximum considered earthquake of PGA = 0.22 g, the probabilities of exceeding the light damage state were around 1.5% and 44%, respectively, while the exceedance probabilities corresponding to moderate, extensive and complete damage states were approximately zero in both cases. On the other hand, fragility analysis revealed that the RC chimney structure had considerable ductility capacity and was capable to withstand a strong earthquake with some structural damages. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

地裂缝场地地震及不均匀沉降双重作用下的框架结构动力响应

以西安地铁二号线沿线近f₆地裂缝处框架结构为原型,基于地裂缝场地50年沉降预测情况,采用ABAQUS有限元软件建立地裂缝场地和上部结构共同作用模型,在不同年限场地沉降基础上施加El Centro波、Tangshan波及上海人工波3种地震波,研究地裂缝场地地表峰值加速度变化规律,对比分析地震及不均匀沉降双重作用下框架结构的层间剪力、层间位移角变化情况。结果表明:下盘场地地表加速度峰值在土体沉降前后随避让距离未出现明显变化,上盘场地地表加速度峰值出现较为明显的减小; 3种地震波作用下沉降前后框架结构的剪力时程曲线基本一致,正负向剪力峰值出现的时刻也近似吻合; 上下盘结构层间位移角变化规律相似,均随避让距离的增大而减小,距地裂缝越近,结构破坏越严重; 下盘结构最大层间位移角受不均匀沉降影响较小,最大变化幅度不足14%,上盘结构受影响较大,最大变化幅度超过50%,其中上海人工波作用下变化幅度最大,为73%,Tangshan波次之,为70%,El Centro波最小,为63%; 对于考虑不均匀沉降的地裂缝场地,框架结构抗震设计时应对水平地震影响系数最大值α_max进行调整,以确保结构的抗震安全性。     

地震动主方向研究及其对结构动力反应的影响

文章对地震动方向性及对结构反应的影响进行研究。将任意一个台站获取的地震动记录中的水平地震动E-W和N-S方向进行θ=0°～90°的坐标变换，得到的任意一组θ′角度下的x′、y′方向新的加速度时程都与原时程在各个时间点的加速度峰值不同，绘制水平两向沿各个角度θ变化的三维地震动时程图和三维反应谱图。从中定义地震动时程主方向θtmax和地震动反应谱主方向θspmax。为验证不同地震动方向对结构的影响，该文以在芦山地震中造成严重破坏的芦山中学体育馆为对象，建立芦山中学体育馆三维空间模型。采用芦山地震中距离芦山中学的体育馆较近的几个台站获取的地震动时程，分别将各个台站的原始地震动时程按照θ=0°～90°进行坐标变换，分别输入该结构，从而得到该结构沿各个角度θ输入时的不同的破坏形态，得到地震动方向性对结构有较大的影响的结果。     

近场强震作用下上海地区百米高层建筑地震动反应分析

首先,依据汶川地震中不同震中距基岩地震波记录,选取假设上海近场发生M8.0级强震时的基岩地震波.然后,对上海某百米高层建筑场地进行深覆盖土层地震反应分析,获得该场地在近场强震时的地表波.最后,以此百米高层建筑为例,分析该结构在此地表波作用下的地震动反应特点,从而评估近场强震对上海高层建筑的影响.分析结果表明:结构在双向地震动作用下的反应与单向地震动作用下的反应有明显不同.其中,地震动垂直分量对结构顶层节点竖向反应放大作用显著;地震动水平分量对结构顶层节点三个方向反应都有放大效应;地震动水平分量对结构层间位移角起决定性作用;地震动水平分量对结构底层角柱内力的影响大于地震动垂直分量对其的影响.     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

地裂缝和地震耦合作用下地下综合管廊的三维动力分析

以西安幸福林带地下综合管廊项目为例,运用有限元软件Abaqus建立了管廊结构三维模型,并找出了地下综合管廊结构在地裂缝活动和地震耦合作用下的变形和应力分布规律。结果表明:在地裂缝活动较弱或无活动时,跨地裂缝管廊结构底板的加速度响应更显著,但随着沉降量的增大,结构的峰值加速度最大值出现位置由底板转向顶板;空间较大的舱室更易发生破坏,且中间位置(地裂缝附近处)的应力集中现象更加明显,逐渐向两端衰减;当地裂缝活动较大时,整体结构出现应力重分布,应力集中的位置发生转移。     

型钢混凝土组合结构抗震性能分析

利用有限元结构分析软件SAP2000对相同平面布置的SRC、RC和SRC+RC这3种框架结构进行对比,分析3种结构的抗震性能。结果表明,SRC+RC柱结构具有较好的抗震性能,其性能介于SRC柱结构和RC柱结构之间,在满足经济性的同时,又能提供良好的抗震效果。     

穿越活动地裂缝地铁隧道震害机制研究

 通过振动台模型试验对穿越活动地裂缝的地铁隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括地铁隧道的加速度反应,土压力及应变的变化规律。分析结果表明,穿越活动地裂缝的地铁隧道在地震荷载作用中,活动地裂缝场地产生不均匀沉降,上盘沉降大于下盘区,预设地裂缝部位沉降值最大,不均匀沉降导致次生裂缝及沉降陡坎产生,地铁隧道上方场地土体产生细小裂缝;地铁隧道与活动地裂缝的加速度时程曲线均与地震动荷载加速度时程具有一致性,地铁隧道各部位加速度时程保持一致,说明在地震中地铁运动保持整体性,上盘场地的加速度峰值较大,表明在活动地裂缝中上盘区对地震动力有一定的放大效应;活动地裂缝场地中土压力呈现出动土压力曲线变化,地震加载结束后隧道结构侧向的土压力受力状态及大小均产生变化,隧道结构顶部的土压力有较大增加;应变曲线表明在扩大断面的马蹄形隧道结构中拱腰部位的应变增值最大,拱顶部位次之,底板的应变增值相比最小。以上成果对于合理认识跨越地裂缝的地铁隧道的地震响应特征具有重要意义,可为地铁隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。