基于pushover分析RC框架结构体系抗震可靠度计算

为了实现钢筋混凝土框架结构体系抗震可靠度分析,基于静力抗震的Pushover分析,利用结构侧向位移作为破坏标准,根据塑性铰的出铰顺序,结合框架结构地震水平集中荷载与塑性铰的作用,提出了识别结构主要失效模式与体系可靠度计算的方法,并对某3层3跨钢筋混凝土框架结构进行抗震可靠度计算。经过计算分析表明,该方法能有效计算结构体系可靠度,能有效地反映结构体系各失效截面间、各失效模式间的相关关系,很好地反映结构体系的性能。     

采用逐步增量弹塑性时程方法对RC框架结构推覆分析侧力模式的研究

以两个普通六层和十层钢筋混凝土框架结构为例,采用基于纤维模型的逐步增量弹塑性时程方法得到的层间剪力-位移关系曲线,与不同侧力模式的推覆分析结果进行了对比,研究了推覆分析结果的可靠程度。通过与不同场地的大量地震记录的弹塑性时程计算结果进行比较分析,建议采用多种合理的侧力模式进行推覆分析,对结构不同楼层的抗震性能进行全面的评价,即均布侧力模式适合于底部楼层的评价;考虑高度影响分布力模式适合于结构中部楼层的评价;而对结构上部楼层特别是顶层,可以采用SRSS侧力模式或规范侧力模式进行评价。分析研究表明,采用本文建议的侧力模式进行推覆分析,可在统计意义上可对钢筋混凝土规则框架结构的抗震能力作出偏于安全的估计。     

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计指标

通过分析结构变形与损伤的关系,选取层间位移角作为钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计指标。统计分析了国内15榀钢筋混凝土框架结构拟静力试验中的26组关于层间位移角的实测数据和国内外126个钢筋混凝土框架柱的抗震性能试验数据,建立了钢筋混凝土框架结构在不同性能水平时的量化指标。通过非线性静力分析和时程分析,对提出的抗震设计指标的合理性和有效性进行了计算分析。结果表明,以基本抗震设防目标设计的框架结构在不同地震作用下,其各级性能水平所对应的层间位移角可以满足本文所提出的层间位移角限值的要求。     

填充墙对混凝土框架结构抗震性能影响的静力弹塑性分析

采用三支杆模型建立了填充墙框架结构的力学模型,分别对两类填充墙框架结构和纯框架结构进行了两种常规侧向力加载模式下的静力弹塑性分析,研究了结构的基底剪力-顶点位移关系曲线、性能点处结构的层位移和层间位移角以及塑性铰的发展情况.计算结果表明,填充墙的加入使结构抗侧移能力和承担的剪力显著增大,填充墙的不合理布设使结构出现薄弱层,易导致结构整体倒塌.在结构抗震设计中,应考虑填充墙与框架结构协同工作.     

基于两次推覆分析考虑损伤效应的结构抗震性能评估

结构的损伤状态通常用损伤指标表征,损伤指标的计算可以基于结构强度或基于结构的响应。基于两次POA计算结构损伤指数的方法,提出一种考虑损伤效应的结构抗震性能简化计算方法,以拟静力循环往复加载模拟结构损伤过程,与Pushover能力谱法相结合,评价不同损伤情况下结构的抗震性能。通过对一个单跨三层钢筋混凝土框架结构的有限元模型进行考虑损伤效应的抗震性能分析,结果表明该方法简单、合理、可靠。     

基于体系能力设计法的设置连续柱钢框架结构抗震性能研究

钢框架结构在强震作用下易形成薄弱层破坏。在结构中布置连续柱可有效改善结构在地震作用下的侧向变形模式,使结构层间位移角分布更均匀。为研究连续柱的布置方式对钢框架整体抗震性能产生的影响,分别采用Pushover分析和IDA方法对内置式连续柱钢框架结构、外置式连续柱钢框架结构和纯钢框架结构的抗震性能和易损性进行了研究。结果表明：内置式连续柱与外置式连续柱均能有效改善结构的层间位移的分布模式;设置连续柱可使结构的塑性铰分布更均匀,降低损伤的集中程度,但无法遏制柱端塑性铰的产生;当刚度系数相等时,布置内、外置连续柱对结构层间位移角分布的改善效果相当,表明布置内置式连续柱也是一种行之有效的提高建筑结构抗震性能的措施。     

多层钢筋混凝土框架结构基于材料的损伤模型研究

基于线性损伤理论,在确立混凝土和钢筋材料的损伤指标计算模型的基础上,通过引入加权系数,实现了从材料到钢筋混凝土构件截面、构件、楼层及框架结构损伤指标的计算;并按我国现行规范设计了一个位于抗震设防烈度为8度区的5层钢筋混凝土框架结构;采用Open Sees软件按上述基于材料的钢筋混凝土整体结构的损伤评估方法对其进行了增量动力分析及损伤评估。计算结果表明:采用基于材料的损伤模型计算方法,不仅能够很好地预测多层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤发展过程,还能很好地评估多层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤状态。     

采用钢结构加层的混凝土框架结构的侧向力分布比较

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的建筑结构抗震设计规范。侧向力分布的选取是结构Pushover分析中的一个关键问题,尤其是对于混凝土框架直接加层钢框架结构,由于上下层间刚度比差异较大,侧向力分布对其Pushover分析的结果影响更为显著。文章通过对3组共6榀加层框架,选取不同的侧向力分布进行了Pushover分析,并与非线性时程分析结果进行了比较。比较结果表明,对于混凝土框架结构直接加层钢框架结构,不同的侧向力分布得到的Pushover分析结果差异较大,与时程分析结果的偏差也较大。     

一种受控摇摆式钢筋混凝土框架基于性能的抗震设计方法

受控摇摆式钢筋混凝土框架通过引入弹性摇摆柱和摇摆节点来弱化结构整体刚度,减少结构在地震中的损伤,并使用无黏结后张预应力筋提供结构弹性恢复力,实现结构地震后自复位。在已有理论分析和试验研究的基础上,对该类结构的抗震设计方法进行研究,确定受控摇摆式钢筋混凝土框架结构的抗震性能水准,给出抗震设计流程。以一个三层三跨钢筋混凝土框架为例进行基于性能的抗震设计,选用3条波进行动力时程分析,模拟结构遭遇罕遇地震的动力响应。分析结果表明：受控摇摆式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,并且表现出优异的抗震性能的和良好的自复位能力,验证了基于性能抗震设计方法的有效性。     

钢筋混凝土单层厂房基于动力可靠性的优化设计

本文对钢筋混凝土单层厂房的抗震优化设计方法进行了新的探讨，得到了以结构初始投资和地震损失之和为目标函数，以结构抗震可靠性为约束的结构优化设计表达式，并首次在优化式中全面考虑了厂房各构件的影响，对于钢筋混凝土单层厂房的抗震优化设计具有一定的参考价值。     

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响

地震作用下钢筋混凝土框架结构通常呈现弱柱型破坏模式而倒塌。针对其破坏特征,将钢筋混凝土框架结构离散为“板-柱”和“梁-柱-节点”体系,结合块体间碰撞作用的冲量模型,基于离散单元法建立考虑构件间碰撞作用的钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应计算机仿真系统,并通过2个框架结构模型的倒塌试验对其进行了验证。利用计算机仿真系统模拟分析了现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响。结果表明：考虑块体间碰撞作用的框架结构倒塌仿真系统可以真实再现地震作用下框架结构的倒塌过程和废墟堆积情况;考虑楼板影响时,强柱型框架结构可能会出现弱柱型倒塌,局部倒塌型框架结构则可能不倒或呈弱柱型倒塌;框架结构抗震设计或评定中应充分考虑现浇楼板对框架抗震性能的影响。     

屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件,应用于混凝土框架结构形成屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系。通过2个两层单跨缩尺结构模型的拟静力加载试验和有限元模拟,对屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系的滞回性能进行了研究,包括其受力过程、破坏模式、耗能能力、刚度退化和承载力退化等。研究结果表明,屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束钢板墙不仅能够提高混凝土框架结构的侧移刚度和屈服荷载,还对结构的耗能能力、延性和冗余度等有较大的改善。试验模型的能量耗散系数最大可接近2.0,位移延性系数可达到10.0左右,均比纯钢筋混凝土框架结构有较大提高。基于上述研究结果,提出了屈曲约束钢板墙的滞回模型,与试验结果的对比表明,该滞回模型能够较好地模拟试验模型的受力情况,可用于该类结构的非线性动力弹塑性分析。     

单层单跨钢筋混凝土框架厂房结构体系抗震性能试验研究

按现行规范,市政工程中的单层单跨钢筋混凝土框架结构在8度设防时抗震等级应按一级框架进行设计,但该设计要求过高,易造成设计截面过大等问题。为配合《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》的修编工作,加工制作了6榀1/2缩尺单层单跨结构模型进行拟静力试验,考察不同抗震等级对结构模型抗震性能的影响,并通过ABAQUS有限元软件对试验工况进行了模拟。研究结果表明:按抗震等级四级设计的单层单跨钢筋混凝土框架结构模型的抗震性能满足规范要求,按抗震等级二级设计的试件已具备较高的安全裕度;单层单跨钢筋混凝土框架结构柱轴压比远低于常规框架结构的轴压比,且梁柱节点为边节点,侧向变形能力明显强于常规框架结构的。建议8度抗震设防区市政工程的单层单跨钢筋混凝土框架结构抗震等级可取为二级。     

基于能量平衡的钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法

在已有研究成果基础上发展了基于能量平衡的钢筋混凝土框架结构塑性设计方法。通过结构多失效模式分析,以“强柱弱梁”整体破坏机制作为塑性设计的失效模式;推导了结构能量平衡方程并给出了地震输入能和弹性振动能的计算式。为反映混凝土结构的承载力、刚度退化和捏缩效应,给出了修正的结构能量平衡方程,对结构的非弹性应变能进行修正。根据外力做功等于结构的非弹性应变能,求出考虑P-Δ效应的结构的侧向力大小,进而根据结构的耗能机制计算出梁柱构件截面的内力值。最后对1榀3跨7层钢筋混凝土框架进行塑性设计,并与对应的弹性设计结果进行对比。分析结果表明：塑性设计结构能充分形成“强柱弱梁”型屈服机制,结构的延性好,层间变形更加均匀,其抗震能力更强,验证了该方法的有效性和优越性。     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震优化设计

钢筋混凝土框架结构中,梁柱的变形能力及其变形是度量结构性能水平的重要指标.通过虚功原理,得到了结构的弹性层间位移与梁柱的截面尺寸和结构塑性层间位移与梁柱构造配筋之间关系的显式表达式.结合我国现阶段抗震设计的两阶段设计三水准设防的要求,提出钢筋混凝土框架基于性能的两层次抗震优化设计方法,并以一个15层框结构为例进行了优化设计,结果表明,本文提出的方法是有效的和可操作的.     

钢筋混凝土平板-T形柱结构的静力弹塑性分析研究

为了研究钢筋混凝土平板-T形柱结构在地震作用下的耗能工作机理,本文以按照7度设防烈度的标准设计的钢筋混凝土平板-T形柱结构作为研究对象,应用ETABS通用分析程序,以侧向力分布方式、柱网尺寸、楼层层高和楼层数量作为分析参数,对该结构进行了静力弹塑性分析,并运用了能力谱方法对该结构进行了评价。分析表明,该结构的塑性铰分布均匀,大部分构件参加抗震耗能,薄弱层出现在首层,属于强柱弱梁型的理想抗震结构体系。该结构满足现行规范关于弹塑性层间位移角的限值,具有抵御7度罕遇地震作用的能力。通过结构抗震评价强调了基于结构的性能水准的设计理念比目前基于承载力的设计理念要合理,是结构抗震设计的发展方向。     

石膏墙体钢网格式框架结构基于改进能力谱法的抗震性能研究

石膏墙体钢网格式框架结构是由密排小立柱、层间横梁、楼层圈梁和网格梁形成的一种新型空间钢结构体系,采用工业石膏废料作为墙体填充材料.针对一工程实例,建立该体系的空间有限元模型,进行抗震设计;采用改进能力谱法确定结构基本和罕遇烈度下的目标位移,研究结构在两种烈度下的层间位移角和屈服模式,分析不同侧向力分布对结构抗震性能的影响.分析结果表明钢网格式框架的自振周期、变形均满足规范要求,结构罕遇烈度下的Pushover分析结果说明结构抗震性能优异.     

隔震框架结构的Pushover方法分析

Pushover分析作为结构抗震性能评估的静力非线性分析方法,可有效评估结构罕遇地震作用下的抗震性能。目前国内Pushover分析应用于抗震结构的研究较多,但用于隔震结构相对较少。本文先对高烈度区的5层和7层的框架结构,进行了分别采用倒三角和均匀加载方式的Pushover分析,并与非线性时程分析结果进行对比。针对相应的5层和7层隔震模型,进行了同样的对比分析。结果表明:对于抗震结构,Pushover方法的倒三角加载方式更合适;对于隔震结构,Pushover方法的均匀分布加载方式具有更高的精度。采用隔震设计后,结构层间位移和剪力大大降低,大震下上部结构基本弹性。对于隔震框架结构,采用均匀加载模式的Pushover分析在层间位移、隔震层位移等指标与非线性动力时程分析结果基本一致。推荐采用Pushover分析方法进行隔震框架结构抗震性能评估和优化设计。     

两层三跨框架式地铁地下车站结构弹塑性工作状态与抗震性能水平研究

针对目前缺乏对现有地铁地下车站结构抗震性能水平的认识,根据相关规范的规定,设计了7种研究不同场地类别,并考虑输入地震动强度,分析了两层三跨框架式地铁地下车站结构的动力损伤特性及其抗震水平。结果表明,地铁地下车站结构的弹性和弹塑性工作性态层间位移角限值分别小于地面钢筋混凝土框架结构的对应值;同时,地铁地下车站结构从弹性极限工作状态到弹塑性极限工作状态所对应的层间位移角的差值也较小,说明其抗震延性明显比地面钢筋混凝土框架结构的要差。基于计算结果,分析了不同输入地震动强度下地下结构层间位移角、结构与土体的刚度比和输入峰值加速度之间的关系,建立了该类地铁地下车站结构层间位移角随地下结构与地基的刚度比和输入地震波峰值加速度变化的预测公式,以及该类地下车站结构层间位移角限值与抗震性能水平的一一对应关系,初步给出了该类地下车站结构基于层间位移角的抗震性能水平划分和物理描述。