钢筋混凝土柱弯剪破坏恢复力模型骨架曲线

为研究弯剪破坏柱的抗震性能,进行了不同设计参数的24根钢筋混凝土（RC）柱的拟静力试验,分析了剪跨比、轴压比及配箍率（箍筋间距）对柱破坏模式及其抗震性能的影响,给出了确定弯剪破坏柱开裂、屈服和破坏时对应荷载及位移的计算方法,并提出了建立弯剪破坏柱恢复力模型骨架曲线的简化方法。研究结果表明：发生弯剪破坏的柱,其变形在2Δy～4Δy前弯曲作用明显,滞回曲线饱满,但之后由于抗剪能力不足会突然丧失承载力;利用弯剪破坏柱的3个特征点（开裂点、屈服点、剪切破坏点）建立其恢复力模型骨架曲线的方法,简化了RC柱的受力分析,可用于计算地震作用下弯剪破坏RC柱的荷载-变形全曲线。建立的恢复力模型骨架曲线与试验曲线吻合较好。     

考虑P -Δ效应的结构响应函数简化求解方法

P-Δ效应是引起结构在强烈地震下倒塌的重要原因之一。由于几何非线性和材料非线性的共同作用,结构的骨架曲线会出现负刚度。为了快速求解地震作用下结构的响应函数,推导了相似弹塑性系统在同一地震波形激励下,结构的屈服水平系数与地震强度成正比的规律。基于这一规律,建立了等效单自由度体系屈服水平系数与延性系数之间的关系,即ημ曲线,提出了求解推覆曲线上每个点所对应地震强度的简化方法,从而快速建立结构的响应曲线。选择了20条实际地震动对一个六层钢框架结构进行分析,得到其16%、50%、84%分位值的顶点位移角响应曲线,并和增量动力分析对比,结果显示所提方法在响应全过程(从弹性、塑性到倒塌)都具有较高精度。     

考虑P-Δ效应的结构地震倒塌及影响因素分析

P-Δ效应是引起结构在地震作用下倒塌的主要原因之一。以钢框架结构为研究对象,采用增量动力分析法（IDA）和推覆法（Pushover）分析了结构在考虑P-Δ效应时的地震响应特征。结果显示：考虑P-Δ效应后,结构的整体刚度降低,结构下部较容易出现动力失稳,而上部经历卸载,层间位移较小;由于几何非线性与材料非线性的共同作用,骨架曲线会产生明显的负刚度;对具有负刚度的骨架曲线,用三段折线模型进行简化更为合适。基于完全弹塑性滞回模型,研究了不同骨架曲线参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明：二阶效应系数增大,结构发生倒塌的概率增加,而名义延性系数和屈服后刚度比增大则会使结构的抗倒塌能力增强。     

位移型阻尼器减震结构体系的等效刚度

位移型阻尼器是目前减震结构设计中的常见产品,具有性能稳定耗能效果好等优点,近年来得到了广泛的应用。基于阻尼器先于结构屈服耗能的期望,系统地研究了阻尼器屈服主结构不屈服和阻尼器主结构均屈服两个阶段下减震体系的等效刚度问题。并从力学恢复力模型出发,结合等效刚度的概念,推导了两个阶段下减震体系等效刚度的计算方法。为位移型阻尼器在减震分析中各阶段的等效刚度的计算方法提供参考。     

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。     

配筋砌块砌体短肢剪力墙恢复力模型

通过18片足尺全灌芯配筋砌块砌体短肢剪力墙低周往复荷载试验,研究了在压弯剪复合受力下墙体的抗震性能、刚度衰减方程以及恢复力模型。选取截面厚度包含190、240 mm和290 mm共3种块型的墙体,基于试验得到墙体骨架曲线,并计算得到归一化骨架曲线,简化为带下降段的三折线模型。通过计算得到模型中各阶段刚度比,用于确定骨架曲线的特征点。针对各次试验的刚度进行回归分析,得到满足指数衰减规律的刚度方程,据此提出了一种适用于配筋砌块砌体短肢剪力墙的滞回规则,并根据骨架曲线的各特征点,模拟了各次试验的滞回曲线。研究结果表明:模拟曲线能较好地反映配筋砌块砌体短肢剪力墙的"捏拢"现象,此恢复力模型可用于地震作用下配筋砌块砌体短肢剪力墙的非线性动力反应分析。     

配筋砌块砌体短肢剪力墙恢复力模型

通过18片足尺全灌芯配筋砌块砌体短肢剪力墙低周往复荷载试验,研究了在压弯剪复合受力下墙体的抗震性能、刚度衰减方程以及恢复力模型。选取截面厚度包含190、240 mm和290 mm共3种块型的墙体,基于试验得到墙体骨架曲线,并计算得到归一化骨架曲线,简化为带下降段的三折线模型。通过计算得到模型中各阶段刚度比,用于确定骨架曲线的特征点。针对各次试验的刚度进行回归分析,得到满足指数衰减规律的刚度方程,据此提出了一种适用于配筋砌块砌体短肢剪力墙的滞回规则,并根据骨架曲线的各特征点,模拟了各次试验的滞回曲线。研究结果表明：模拟曲线能较好地反映配筋砌块砌体短肢剪力墙的“捏拢”现象,此恢复力模型可用于地震作用下配筋砌块砌体短肢剪力墙的非线性动力反应分析。     

基于设计反应谱的空间结构弹塑性地震反应分析方法

空间结构非线性等效单自由度体系的荷载-位移曲线后屈服段较短,采用等能量方法将其转化为双折线时易产生较大计算误差,且双折线拐点需迭代确定。针对此问题,采用Ramberg-Osgood模型描述空间结构等效单自由度体系荷载-位移滞回曲线;基于等效线性化方法,采用最大位移对应的割线刚度作为等效线性体系刚度k_e;对滞回曲线积分得到滞回环面积,令滞回耗能与等效线性体系阻尼耗能相等,导出等效黏滞阻尼ζ_e。将线性加速度设计反应谱变换为T(周期)-ζ(阻尼比)-d(位移)格式,与空间结构等效线性体系的T_e(等效周期)-ζ_e-d曲线联立,用图解法直接计算等效线性体系的地震位移反应,并进一步得到空间结构的整体地震反应。采用所提出的方法计算柱面网壳和球面网壳结构的非线性地震反应。结果表明：该方法简洁高效,无需迭代,易于编程实现,对空间结构地震位移反应求解精度较高。     

钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土剪力墙恢复力模型

为研究钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土剪力墙的抗震性能和恢复力特性,对三榀剪力墙试件进行拟静力试验,试件受力过程经过弹性阶段、弹塑性阶段、屈服阶段、破坏阶段,基于试验结果分析试件的受力形态和破坏状态,以开裂点、屈服点、峰值点、破坏点为特征点提出该新型剪力墙的四折线骨架曲线模型、刚度退化规律、恢复力模型。结果表明:相同轴压比时,混杂纤维可有效提升试件延性、极限变形能力等抗震性能;掺入混杂纤维的试件随着轴压比提高,承载力和延性有所提高、残余变形减小、刚度退化明显。根据试验结果建立的四折线骨架曲线模型与试验吻合度较高,可较好反映试件各阶段的受力状态,基于试验数据回归和理论分析建立的刚度退化方程可较好地描述试件各阶段的刚度退化规律,并结合滞回规则建立了恢复力模型。     

单层单跨变截面轻型门式刚架荷载-位移恢复力模型研究

针对单层单跨变截面轻型门式刚架的恢复力模型进行研究。首先根据整体拟静力试验的破坏过程及现象,确定骨架曲线选用三线型形式,整个骨架曲线需确定6个重要参数,经理论计算获得初始刚度K1和峰值荷载Pmax,其余参数通过有限元参数分析得到的强度、刚度拟合公式确定;经过回归分析建立了弹塑性阶段恢复力曲线卸载刚度退化公式。最后建立门式刚架结构的恢复力模型;恢复力模型与试验得到的荷载-位移滞回曲线比较发现,两者吻合程度较高。     

Estimation of relations among hysteretic response measures and design parameters for RC rectangular shear walls

Seismic design of RC structures requires estimation of structural member behavioral measures as functions of design parameters. In this study, the relations among cyclic behavioral measures and design parameters have been investigated for rectangular RC shear walls using numerical simulations calibrated based on the published laboratory tests. The OpenSEES numerical simulations modeling of plastic hinge hysteretic behavior of RC shear walls and estimation of empirical relations among wall hysteretic indices and design parameters are presented. The principal design parameters considered were wall dimensions, axial force, reinforcement ratios, and end-element design parameters. The estimated hysteretic response measures are wall effective stiffness, yield and ultimate curvatures, plastic moment capacity, yield and ultimate displacements, flexural shear capacity, and dissipated energy. Using results of numerous analyses, the empirical relations among wall cyclic behavioral measures and design parameters are developed and their accuracy is investigated.     

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。     

Effect of damping model on pre-yielding earthquake response of structures

The present paper examines differences between responses of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with viscous and hysteretic damping to earthquake ground motions. Only responses within yield limits are considered. The structural behavior of SDOF systems with hysteretic damping is modeled by a generalized elasto-slip model of the Masing type. The model leads to a force–displacement relationship similar to that proposed by Ramberg and Osgood. The responses of the two systems are compared for a number of earthquake records. To achieve consistent comparison, parameters of the linear system with viscous damping are determined by the secant stiffness method. In many cases significant differences in the peak displacement responses and energy values have been observed between the systems. This indicates that the prediction of the response of structures to earthquake ground motions before yielding based on linear models with viscous damping may not be as accurate as used to be believed. Tentative estimates of error associated with such predictions are presented.     

单自由度体系地震残余变形分析及计算

地震残余变形是结构可修复能力的重要指标,准确分析结构的残余变形对于震后结构性能的评估与控制具有重要意义。基于对不同单自由度(SDOF)体系的弹塑性地震响应的统计分析,研究了不同参数对地震残余变形的影响,其中滞回特性、屈服后刚度、地面峰值加速度(PGA)以及最大弹塑性变形对残余变形的影响较大;同时结合理论分析提出了分别适用于弹塑性Kinematic滞回模型和Takeda滞回模型的残余变形简化计算方法。该方法是以先获得结构的最大弹塑性变形为基础的,能与传统的确定结构最大变形性能的抗震分析方法(Pushover方法)较好地结合。最后,以一钢筋混凝土单柱桥墩为例,详细阐述了所提出的方法进行单自由度体系结构的地震残余变形计算及震后结构性能评估的过程,分析表明基于Takeda模型的结构残余变形的计算结果偏于安全。     

Seismic design of inelastic structures using equivalent linear system parameters: part 1 – derivation and comparison

This article, which is the first of a two-part article, presents equations for computing equivalent linear system (ELS) parameters using a two-dimensional minimisation technique for estimating inelastic seismic demand of structures from elastic response spectra. Using two hysteretic models, the effects of initial damping, post-yield stiffness and degrading behaviour on the ELS parameters are investigated. The maximum inelastic response of structures modelled as single degree-of-freedom systems computed using the proposed method are compared with five other approximate methods as well as with results obtained using inelastic time-history analysis. It is observed that the proposed approach gives good results for structures that experience ductile behaviour with natural periods in the 0.3- to 3-s range.     

Proposal of an equivalent linearization method to predict seismic hysteretic energy demand considering stiffness degradation effects

To overcome complexities and shortcomings of previous studies, a new method is proposed to derive an equivalent linear model for predicting seismic hysteretic energy demand of bilinear single degree of freedom (SDOF) models. A new displacement spectrum is defined, which represents hysteretic energy. It is found that by increasing initial period and damping of a nonlinear system in the correct proportion and defining a linear model with these characteristics, the new developed displacement can be achieved. Error minimization is applied through an algorithm to find the optimum equivalent period corresponding to an equivalent damping utilizing two sets of far‐field and near‐field earthquakes. To analyze the effects of stiffness degradation, the proposed algorithm has been implemented on modified Clough hysteretic model as well. Comparing the results, effects of stiffness degradation on the ratio of equivalent to initial period is evident in the short period range, while with increasing initial period, the effect can almost be neglected at higher values of ductility. Nonlinear regression analysis is carried out to provide the equations for predicting equivalent linear parameters as a function of ductility. Despite the previous predictive equations, the proposed model is independent of earthquake characteristics and response‐related parameters, which has increased efficiency as well as simplicity.     

修正Clough滞回模型下的地震力调整系数

采用反向加载时刚度退化的修正克拉夫(Modified-Clough,MC)滞回模型,计算了单自由度体系(SDOF)在四类场地下各74～106条地震波输入后的弹塑性动力时程响应,得到了不同自振周期、延性、阻尼比和后期刚度系数等参数组合下的地震力调整系数R。结果表明,影响R的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而且只在短周期范围内比较明显。对R谱的横轴做标准化处理后,较好地保留了R谱在特征周期处的峰值特征,并提出了R的计算公式。为了分析耗能能力、刚度退化的影响,将延性和耗能能力作为两个独立变化的因素,分析了理想弹塑性(EPP)、剪切滑移(SSP)和无任何耗能能力的双线性弹性(BIL)模型下的R谱,与MC滞回模型下的R谱一起相互之间进行了对比。结果表明,在延性保持相同的情况下耗能能力在中长周期结构中对地震力调整系数几乎没有影响,这一结论对美日等国近几年引入一些注重延性而不单纯看重耗能能力的细部构造提供了理论解释。在中等周期范围内,刚度退化的MC结构比EPP结构的强度需求反而要小。     

不同屈服点钢筋混凝土柱耗能性能的试验研究

提出一种不同屈服点钢筋混凝土柱,共设计了4根柱：普通钢筋混凝土柱,配置低屈服点钢和高韧性混凝土柱,配置低屈服点钢、普通钢筋弯起和高韧性混凝土柱,低屈服点钢和普通钢筋并排的高韧性混凝土柱,通过对4根柱进行低周反复加载试验,研究了不同屈服点钢筋混凝土柱的破坏形态、滞回特性、耗能能力和刚度退化。研究表明：不同屈服点钢筋混凝土柱在弹性阶段时,由于低屈服点钢筋发生塑性变形可以有效吸收地震能量,阻尼系数较普通钢筋混凝土柱有较大提高,而高屈服点钢筋仍处于弹性阶段,刚度没有明显退化,可以保证结构的强度。     

与抗震设计有关的结构和构件的分类及结构影响系数

根据近年对延性、阻尼、后期刚度、耗能能力、滞回曲线形状、2阶效应等因素对单自由度体系在地震作用下弹塑性响应影响的分析,提出一个比较完整的面向地震力计算和抗震设计的抗侧力体系、构件、连接节点和截面的分类体系,并与结构影响系数相联系。为与现行的小震地震力概念协调,又能够考虑钢结构延性好,对地震作用的削减更大的特点,引入地震延性调整系数,与结构和构件的分类配套应用。