近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑结构抗震性能分析

屈曲约束支撑因其在地震作用下具有良好的耗能能力,被广泛应用于高层建筑结构减震中。而含有明显长周期速度脉冲特征的近断层地震引起高层建筑结构较大的变形以及损伤,其对BRB减震效果有何影响值得深入研究。针对某高层建筑结构进行BRB减震参数设计,选取近断层脉冲型地震动进行动力分析,基于结构层间位移角、楼层加速度、结构塑性耗能等指标评估近断层脉冲型地震对BRB减震高层建筑结构抗震性能的影响。结果表明:近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑层间位移反应较大,楼层加速度放大不明显,RBR耗能在结构总塑性耗能中占比减小,结构塑性损伤较大。     

地震损伤混凝土框架结构塑性铰模型研究

为了评价地震损伤混凝土框架结构的抗震性能,采用结构Pushover曲线,对结构的损伤等级进行划分,基于一组压弯构件的低周往复荷载试验数据,提出塑性铰模型中的刚度、强度退化系数以及塑性转动能力减少值的计算方法。在数值算例中,对结构构件的塑性铰进行修改,以反映框架结构地震损伤,对比分析了结构地震损伤前后抗震性能的差异。研究表明:采用损伤构件的塑性铰模型进行数值分析,能反映地震损伤框架结构的刚度、强度和延性降低。     

近断层脉冲型地震动作用下RC框架结构抗整体性倒塌能力分析

首先,简要分析了近断层脉冲型地震动的产生原因及主要特征,讨论了基于峰值-峰值速度脉冲和正则累积平方速度指标的有明显脉冲地震动记录选择方法。进而,选择一榀六层三跨钢筋混凝土框架结构为研究对象,以非线性有限元软件OpenSees为平台,选择20条有明显脉冲的近断层地震动记录,以结构基本周期对应谱加速度S_a(T_1)为强度指标调整原始地震动记录,并对结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),以结构最大层间位移角θ_(max)和楼层最大层间位移角θ_(max,i)等为损伤指标,统计分析IDA结果,得到近断层脉冲型地震动记录下的IDA曲线,进而利用IDA结果,评估了结构的抗整体性倒塌能力。同时,也选择20条远场地震动记录进行同样分析以进行比较。结果对比表明:在地震动强度指标相同时,近断层脉冲型地震动更容易引起结构的破坏;近断层脉冲型地震动作用下结构的抗倒塌能力低于远场地震动作用下结构的抗倒塌能力;近断层脉冲型地震动作用下结构底层的塑性变形相对更加集中。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

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。     

多层多跨钢筋混凝土平面框架拟静力倒塌试验研究#br#

建筑结构的破坏具有离散性和系统性的特点,该特性决定结构抗地震倒塌的研究需多参数、多层次考虑问题。文章结合结构地震倒塌破坏模式的研究,完成了三榀钢筋混凝土平面框架的低周反复荷载试验,通过对模型框架破坏过程、破坏形态、滞回耗能及刚度退化的分析,探讨轴压比和梁柱线刚度比对RC框架结构抗震性能的影响,以期为后续结构地震倒塌破坏机理的研究提供参考。分析结果表明：降低结构的竖向荷载和梁柱线刚度比,有利于梁端塑性铰的充分发育,从而更易实现理想的“梁铰”破坏机制;试验框架的最终破坏是由底层柱下端塑性铰充分发育后、混凝土突然压溃所致,底层构件的耗能能力得到充分发挥,而中间层构件和顶层构件所耗散的能量较少;KJ-2的峰值荷载及极限荷载比KJ-1的峰值荷载及极限荷载分别大约9.9%和8.7%、等效黏滞阻尼系数比KJ-1大约16.5%,但位移延性系数比KJ-1小约57.1%,说明增大结构的竖向荷载可以提高其承载能力及耗能能力,但会降低延性及变形能力,同时,一定程度地增大竖向荷载,有利于强化结构的初始抗侧刚度,延缓刚度退化趋势,但在层间位移角较大情况下P-Δ效应的影响凸显;结构梁柱线刚度比的增大可以提高其耗能能力,但会降低结构的承载能力、延性及初始抗侧刚度;对于轴压比及梁柱线刚度比较小的“梁铰”结构,临近倒塌时的层间位移角可达1/25,此时结构仍具有一定的竖向承载能力。     

锈蚀钢筋混凝土框架结构抗震性能Pushover分析

以某六层三跨RC框架结构为例,在对锈蚀构件的材料力学性能劣化处理的基础上,采用SAP2000结构分析软件静力弹塑性分析方法,对不同锈蚀工况下的RC框架结构抗震性能进行分析,得到不同锈蚀工况下RC框架结构在罕遇地震下的抗震性能指标退化规律。研究表明:纵筋锈蚀将导致RC框架结构抗震性能退化,而且随着锈蚀率的增大,结构的抗震承载力退化效应愈加显著,楼层层间位移角增加;同时锈损结构的塑性铰(梁铰/柱铰)发展速度加快,程度亦加深,使得结构在相同地震作用下变形加剧,不利于结构抗震性能的发挥。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究

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。     

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。     

失效时长和结构延性对基础隔震结构连续倒塌影响分析

利用SAP2000有限元软件建立了一个4层基础隔震框架结构,利用非线性动力分析方法,主要从构件不同失效时长和延性角度分析了基础隔震结构在地震作用下的抗连续倒塌能力。研究结果表明:拆柱后,剩余结构在地震作用下对构件失效时长比较敏感,且随着失效时长的增加,梁端塑性铰转角和失效点竖向最大位移都有所减小;随着梁截面高度的增加,梁端最大塑性铰转角有所减小,抗连续倒塌能力有所提高。     

山地城市掉层框架结构抗地震倒塌能力研究

由于底层柱嵌固端在不同水平面而形成的掉层框架,其在大震甚至特大地震作用下的安全性备受关注。通过对一榀5层3跨掉层框架模型的拟静力试验进行破坏模式分析,校验了有限元模型模拟掉层框架结构受力反应的准确性。并对普通框架、掉层框架和带拉梁的掉层框架共6个算例进行抗地震倒塌易损性分析,定量评估了各算例的抗地震倒塌能力,分析其破坏模式与抗地震倒塌能力的关系。结果表明:掉层框架的破坏模式表现为上接地楼层柱率先发生破坏;掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架,且与所掉层数关系不大;上接地楼层柱的率先破坏是造成掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架的主要原因;增设拉梁对于提高掉层框架结构抗地震倒塌能力无明显效果,但对掉层框架结构的破坏模式有影响。     

山地掉层RC框架结构振动台试验研究

为研究具有不等高基础约束的山地掉层框架结构的地震响应特征和破坏机理,及其与等高基础约束的典型框架结构的差异,设计和制作了总层数均为6层的1/8缩尺掉层RC框架结构和典型RC框架结构模型。通过振动台试验,对两者不同地震强度时的试验宏观现象及动力特性、加速度响应、位移响应、层间位移角等进行对比研究。试验分析表明:掉层RC框架结构的振型曲线及顺坡向的变形特征与典型框架结构不同,掉层RC框架顺坡向的整体变形并非剪切型,且有明显的扭转效应;掉层框架结构的破坏形式不同于典型框架结构,典型框架最终表现为部分楼层屈服机制,而掉层框架的柱铰最先出现于上接地柱端,随地震强度的增大,柱端塑性铰向掉层部分转移,掉层接地角柱底部损伤增加显著,结构在罕遇地震及更高强度的地震作用下能保证较好的整体性,但上接地柱破坏较严重。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

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。     

基于混凝土损伤塑性模型的框架结构开裂损伤分析

通过有限元分析软件ABAQUS建立某12层框架结构并进行时程分析,基于混凝土损伤塑性模型,研究了该框架结构在地震作用下的结构开裂损伤发展状况,探讨了应用混凝土损伤塑性模型预测钢筋混凝土框架结构整体损伤及裂缝发展的可行性及存在的问题,为相似的框架结构的损伤破坏提供理论支持。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

地震作用下掉层钢框架结构抗倒塌能力分析

采用PERFORM-3D程序对掉层钢框架结构进行了抗震倒塌能力研究。考虑不同的掉层情况和结构措施,设计了2个普通钢框架结构模型和4个掉层钢框架结构模型(其中2个模型带拉梁加强),利用增量动力分析方法对上述钢框架模型进行了易损性分析和抗震倒塌能力评估。结果表明,掉层钢框架结构的抗震倒塌能力与掉层数关系不大;采用拉梁加强的掉层钢框架,上接地侧的抗震倒塌能力和抗震倒塌安全储备性能有所提高,但掉层侧的抗震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备降低;增加拉梁的数量对该类结构影响不大,但会改变其破坏模式;上接地侧倒塌模式下,上接地一层是上接地侧最薄弱的楼层;掉层侧倒塌模式下,上接地二层是掉层侧最薄弱的楼层。     

型钢混凝土框架结构地震损伤层间位移角限值分析

我国对于型钢混凝土框架结构的震后损伤等级没有明确的划分,为了进行型钢混凝土框架结构在地震作用下损伤评估的量化研究,采用层间位移角作为评价指标,该指标具有实用性和简洁性,易于被工程师所接受。基于已有文献的31组试验,并考虑结构构件和非结构构件的破损程度,提出具有一定概率保证的型钢混凝土框架结构地震破坏等级对应的层间位移角限值。     

水平地震下钢-混凝土组合框架结构极限抗震与强柱构造

"强柱弱梁"是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的"强柱弱梁"破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌的"强梁弱柱"破坏。为合理认识各类破坏形式,首先对传统的塑性铰概念细分为"压铰"和"拉铰",指出"拉铰"容易引发结构整体失稳;随后以钢-混凝土组合框架结构为对象,建立并采用实体单元与壳单元为主的组合框架结构有限元精细化抗震计算模型,开展组合结构极限抗震分析,初步探讨各水平地震波工况对组合框架结构位移、应力、轴压比等时程响应以及框架梁柱塑性耗能分配机制、塑性铰形成模式与失效机制的影响规律。分析结果显示:1)柱端拉筋减小了钢管与混凝土之间滑移,从而增大了柱和框架的刚度,降低了钢管和混凝土的应变水平,增大了钢梁的应力水平; 620 cm/s2及以上强度的地震波作用时,柱端拉筋构造可显著减小组合框架结构的最大层间位移角,在接近极限强度的水平地震波作用时,柱端拉筋屈服,框架梁端混凝土板纵筋一般不易屈服; 2)"强梁弱柱"组合框架表现为"约束梁"与"耗能柱",此时框架梁对框架柱约束较强,框架以框架柱耗能为主而梁端仅形成"压铰",此时框架的耗能能力取决于框架柱;"强柱弱梁"组合框架表现为"耗能梁"与"承载柱",此时框架梁对框架柱约束较弱,框架以框架梁耗能为主使得梁端先形成"压铰",当梁端耗能至极限时形成"拉铰"引发框架柱长细比增大,导致框架加速失效,不利于发挥框架柱耗能潜力; 3)柱端拉筋技术的"强柱"构造将提高组合结构的刚度、塑性耗能与抗倒塌能力,强柱构造对以柱耗能为主的6层框架抗震能力提升尤其显著。     

自复位装配式RC框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计方法

为了解决装配式混凝土框架结构节点连接薄弱、损伤机制不可控、耗能能力不足、震后难以修复等问题,针对带有可控塑性铰(CPH)的自复位装配式混凝土框架结构(SC-PRCF),基于能量平衡的抗震设计理念,考虑自复位结构体系滞回行为与理想弹塑性结构体系的差异,以及结构上部楼层塑性发展不充分等因素,参照可恢复功能防震结构的四水准抗震设防目标,提出了SC-PRCF结构抗震塑性设计方法。并设计了一榀7层SC-PRCF结构,同时按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了一榀7层现浇混凝土框架(RCF)结构作为对比。通过动力弹塑性分析,验证了抗震塑性设计方法的有效性和SC-PRCF结构性能的优越性。研究结果表明：按照抗震塑性设计方法可使SC-PRCF结构满足“小震及中震不坏、大震可修复、可更换、巨震不倒塌”的抗震设防目标,同时可获得“强柱弱梁”的破坏模式,实现了渐进屈服耗能,使全楼层均能参与能量耗散,且能延长失效路径,避免出现薄弱层。