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.     

基于能量原理的超限高层建筑结构抗震分析

由于仅采用强度和位移两项评估指标,基于性能的抗震设计方法并不足以全面描述结构抗震性能及破坏特性,本文将结构的耗能能力也同时作为超限高层建筑结构抗震性能的评估指标之一,以结构的能量时程反应来描述结构在地震作用下的抗震性能。在结构满足强度和位移指标的情况下,把结构的能量分析作为抗震性能评估的一种补充分析,以强度、位移、能量分析等综合指标来全面综合评估结构的抗震性能。     

双层高架桥框架式桥墩地震损伤试验

为了研究双层高架桥框架式桥墩的地震损伤演化过程,按1/5.5缩尺比例设计并制作了桥墩模型,对其进行拟静力试验,深入分析桥墩的抗震性能。选取基于滞回特性和能量耗散的累积损伤模型,定量描述在低周往复荷载作用下双层高架桥框架式桥墩结构的损伤演化过程。试验结果表明:桥墩的损伤经历了无损伤阶段、损伤初始阶段、损伤稳定发展阶段和损伤急剧发展阶段。破坏主要集中在立柱,盖梁和节点破坏较轻,满足桥梁抗震规范中立柱作为延性构件,盖梁和节点作为能力保护构件的设计要求;桥墩的屈服位移为20.7 mm,延性系数为4.35,极限荷载损伤指数为0.82,说明桥墩具有较好的抗震性能和抵御累积损伤的能力。研究成果为双层高架桥框架式桥墩结构的震后评估和修复加固提供理论依据。     

基于性能的钢混框架结构多元模糊地震损伤评估

考虑了基于性能设计的位移和能量等多种因素,利用整体损伤指数、最大层问位移角、滞回耗能循环次数和楼层能量集中系数定义了钢筋混凝土框架结构三水准抗震设计的地震损伤性能目标。运用模糊数学中的综合评判方法确定多因素与模糊损伤集合的关系,建立了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的多重模糊损伤评估方法。该方法可通过结构推覆分析和能力谱方法实现,并具有准确简单实用的效果。     

方钢管混凝土柱-型钢梁节点的力学性能

方钢管混凝土柱-型钢梁节点区在地震作用下易发生脆性断裂,进而导致结构破坏,型钢梁良好的耗能能力并未得到充分发挥。在考虑结构累积损伤的方钢管混凝土柱-型钢梁框架结构抗震性能评估中,型钢梁是结构耗散地震能量的主要构件,节点耗能能力对结构损伤评估影响显著。本文对比分析了不同节点区构造形式的方钢管混凝土柱-型钢梁节点的力学性能。     

型钢混凝土框支剪力墙结构地震易损性分析

型钢混凝土框支剪力墙结构具有延性好、受力特性明确等特点,在转换结构中应用广泛。但目前针对此类结构的地震易损性方面的相关研究较少,也缺乏相应震害资料,整体结构抗震性能研究仍不充分。因此,为研究型钢混凝土框支剪力墙结构在不同地震水准作用下的抗震性能,以某实际工程为背景,建立了非线性分析模型,采用基于增量动力分析的方法对结构进行地震易损性分析,建立起地震动强度与结构破坏程度之间的关系,对结构的抗震性能做出评估,预测结构达到各种极限状态破坏时的失效概率。分析结果表明:结构在小震作用下能够保持完好,基本未出现损伤;中震作用下结构产生轻度损伤,损伤仍处于可控范围;罕遇地震作用下结构产生倒塌破坏的概率很低,抗倒塌能力储备充足。     

浅述既有结构抗震性能的评估

新建结构在使用的过程中慢慢会出现累积损伤,这种损伤将导致结构的承载能力降低和抵抗地震的能力的不断退化,在遭遇地震荷载作用的时候带有损伤的结构可能会出现严重的破坏。因此对其既有结构抗震性能进行评估显得尤为重要。     

基于能量平衡的含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构的设计方法研究

含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构在墙板与主体结构间引入U形钢板消能器,可有效利用两者间的相对水平变形耗散地震能量,从而提高结构的抗震性能。该新型结构通过合理的性能化设计,可以使得作为预期损伤部位的U型钢板消能器和框架梁、柱端塑性铰在设防烈度地震和罕遇地震下先后屈服耗散地震能量,使主体结构在设防烈度地震下保持弹性,罕遇地震下保持低损伤,从而具有良好的韧性。在已有研究的基础上,提出了适用于该种结构的基于能量平衡的实用抗震设计方法。采用该方法,设计了一栋8层含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构,并对其进行设防烈度地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:所设计结构能够实现不同水准地震作用下的预期性能目标,该设计方法具有合理性和可行性。     

考虑累积损伤的RC框架结构抗震性能评估

现有研究对抗震性能评估主要集中在工程需求参数、构件的耗能和损伤指数等,这些对建筑的利益相关者如业主、住户等来说是抽象的,且难于理解。另外,单一的损伤指数模型也已不能满足工程师对建筑抗震性能全面评估的需求。基于此,为分析RC框架结构的抗震性能以及结构损伤对其抗震性能的影响,基于FEMA P-58性能评估方法,以某6层RC框架为例,对结构进行非线性时程分析,得出结构的工程需求参数和倒塌易损性。基于PACT中考虑地震动强度的评估方法,分析得出结构的修复费用、修复时间、人员伤亡和建筑物评定为不安全的概率,以此评估建筑结构的抗震性能。在单次和两次地震作用下得出结构的各性能指标,各相应性能指标之间的差异表征累积损伤对结构抗震性能的影响,可为可能经受多次地震影响的建筑物抗震性能评估提供参考。     

基于构件性能的钢筋混凝土结构抗震评估方法研究

基于钢筋混凝土构件抗震性能指标限值,建立构件抗震性能与整体结构抗震性能的判别关系准则,提出基于构件性能的结构抗震评估方法。分别利用基于位移的抗震评估方法和文中推荐的抗震评估方法,对3个典型的填充墙框架在罕遇地震作用下的抗震性能进行评估。结果表明：基于构件性能的抗震评估方法能够考虑结构构件和非结构构件损伤对结构整体抗震性能的影响,解决规范推荐的抗震评估方法中存在的整体结构抗震性能与构件自身损伤关系不明确的问题;是否考虑填充墙损伤的影响对结构抗震性能评估结果差别较大,在实际工程中应考虑填充墙的损伤对结构抗震性能的影响。     

基于损伤性能的抗震结构最优设防水准的决策方法

首先建立了一个符合损伤指数定义的加权线性组合双参数地震损伤模型,并给出了损伤指数的简化计算方法;结合三水准设防原则,提出了一个符合实际的地震损伤性能目标;给出了地震损伤极限状态的实用表达式;在此基础上,探讨了基于损伤性能的两种抗震设计方法常规方法和最小造价设计方法;然后,给出了单体结构地震破坏的宏观模糊概率分析方法;最后,提出了单体结构最优地震设防水准基于损伤性能的决策方法.     

短肢剪力墙损伤累积性能试验研究

通过损伤分析方法来评估结构抗震能力是基于性能抗震设计发展的重要方向之一。本文基于短肢剪力墙低周反复荷载试验结果,建立了考虑2个方向相互作用影响的短肢剪力墙损伤评价模型,模型考虑了最大弹塑性变形造成的超越损伤和累积塑性变形引起的累积损伤效应影响。损伤指标演化过程可以较好地反映试件的破坏过程,证明了模型的合理性。累积损伤指标计算简单,模型可为结构震后安全评估提供参考。最后还确立了短肢剪力墙性能水平、层间位移角及损伤指标之间的对应关系,对基于损伤性能的结构抗震设计有所帮助。     

无筋砌体结构多层住宅振动台试验与抗震性能评估

目前,我国城镇大量砌体结构老旧多层住宅面临抗震加固、功能提升等需求。为研究该类结构的抗震性能,进行一个5层无筋砌体结构模型的模拟地震振动台试验,测试分析了7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的裂缝损伤发展状况以及楼层加速度、位移、自振频率、阻尼等变化规律。同时,进行非线性有限元分析,并用基于抗震鉴定标准、基于承载能力、基于位移和延性等不同方法,评估了试验模型对应原型结构的抗震性能。结果表明：试验模型纵向在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别处于完好、轻微破坏和局部倒塌状态,不满足GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》中对7度区A类建筑的抗震性能目标要求;罕遇地震作用下无筋砌体结构多发生薄弱层屈服破坏,整体结构延性很差,保证抗震墙面积率或楼层屈服强度系数是实现无筋砌体结构在罕遇地震作用下抗震性能目标的主要技术措施;采用基于位移的抗震性能评估方法可以客观地反映无筋砌体结构抗震性能随高宽比增大而降低的规律。     

建筑结构地震破坏机制的探讨

本文在修正由 Y.K.Wen 首先提出的建筑结构基于首次超越和滞后累积耗能的地震双重破坏机制模型的基础上,提出了基于首次超越和累积塑性疲劳的地震双重破坏机制。文中定性定量地分析了用滞后累积耗能指标来描述累积损伤的缺点,介绍了用累积塑性疲劳来描述累积损伤的基本思想,提出了基于首次超越和累积塑性疲劳双重破坏准则抗震可靠性的基本公式。     

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。     

基于双重破坏准则的高墩大跨曲线连续刚构桥抗震性能研究

为了在高墩大跨曲线连续刚构桥抗震性能分析中综合考虑变形及能量两方面因素,本文提出基于双重破坏准则并结合钢筋混凝土损伤理论的结构抗震性能评估方法。通过MIDAS与ABAQUS通用有限元软件对一座曲率半径为1500m的预应力混凝土曲线连续刚构桥进行抗震性能分析,研究其在不同地震波及不同激励方向下的动力响应,并得到结构在各工况下的抗震耗能能力安全系数。研究结果表明:基于双重破坏准则的结构抗震性能评估方法能够简便、直观地反映出高墩大跨曲线连续刚构桥抗震耗能能力大小与安全储备。可为今后桥梁结构抗震性能的分析提供参考。     

基于性能的某底层框架砖砌体建筑抗震鉴定

底层框架砖砌体结构底层刚度薄弱,抗震性能较差,在历次地震中破坏较严重.采用基于性能的抗震鉴定方法对某底框砖砌体建筑进行了抗震鉴定,分析了结构在不同地震作用下的层间位移角和塑性铰发展情况,评估了结构的抗震性能,并与现行抗震鉴定规程鉴定结果进行了对比分析.结果表明,与传统鉴定方法相比,基于性能的抗震鉴定方法可以全面评价底框结构的抗震性能及破坏机理.     

预应力混凝土梁在地震作用下的损伤-破坏模型

结构在地震作用下的损伤状况及其抵御破坏荷载的残余能力,是抗震优化设计和震后工程加固的重要依据。根据对预应力混凝土梁在不同荷载历程下的耗能、破坏特性的试验研究,本文提出了构件破坏的定义,给出了构件在循环荷载下的破坏弯矩与骨架曲线破坏弯矩的数学关系,建立了预应力混凝土梁在地震作用下的损伤-破坏模型。该模型综合了变形、能量累积以及荷载历程对预应力混凝土构件损伤-破坏的影响,对不同的地震模式有更好的适用性。     

网壳结构基于性能的抗震设计方法研究

基于性能的抗震设计是结构抗震设计的发展趋势,该文在考虑材料损伤及损伤累积的基础上,建立网壳结构的数值模型,通过基于IDA的全过程分析方法,考察网壳结构强震下的抗震性能;建立了分别基于多项特征响应和变形能量的结构损伤模型,对比两种损伤模型的精度,实现结构不同损伤状态的量化,并利用此模型量化结构的分级性能水准;通过多组地震动的IDA分析,实现结构分级性能水准易损性分析和综合易损性分析;确定结构性能目标,初步实现结构的优化设计,从而为建立网壳结构完整的基于性能的抗震设计方法奠定了基础。     

古建筑木结构基于结构潜能和能量耗散准则的地震破坏评估

为了掌握古建筑木结构地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态,对震后古建筑木结构的破坏程度做出合理的评估,基于燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理,将燕尾榫柱架和枓栱铺作层作为两个耗能构件,计算其在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”;根据古建筑木结构振动台试验,计算各工况地震作用下每一耗能构件所耗散的能量;基于构件的“抵抗破坏潜能”和各工况下的地震耗能情况建立耗能构件在不同地震作用下的地震破坏评估模型,并借助能量分配系数找到各耗能构件破坏状态与整体结构破坏状态之间的关系,从而建立整体结构在不同地震作用下的破坏评估模型;应用该地震破坏评估模型,分别对燕尾榫柱架和枓栱铺作层和整体结构进行构件地震破坏评估及整体结构地震破坏评估,所得到的破坏系数能较好地反映各构件以及整体结构在不同地震作用下的破坏状态,研究结果可为古建筑木结构的抗震加固提供可靠的理论依据。