钢筋混凝土框架结构竖向不规则参数的概率评估

采用蒙特卡罗模拟方法分析钢筋混凝土(RC)框架结构竖向不规则参数的抗震控制效果。以底层和中间层竖向楼层承载力和刚度不规则的5层和10层RC框架结构为分析对象,考虑地震动输入的随机性,通过非线性动力时程分析确定结构的最大层间位移角,并分析其随竖向不规则系数变化的规律和超越极限状态水准的失效概率。分析结果表明：楼层竖向承载力和刚度不规则对结构最大层间位移角的影响较大,最大层间位移角随竖向不规则系数的减小而增大,底层不规则较中间层不规则的影响大,承载力不规则较刚度不规则的影响大;竖向不规则对结构地震反应超越极限状态水准的失效概率有显著的影响,失效概率随竖向不规则系数的减小而增大,竖向不规则系数越小失效概率越大;承载力不规则系数为0.7和刚度不规则系数为0.8可作为竖向不规则参数的抗震控制点。     

考虑残余变形的RC框架结构抗震性能评估

震后残余变形对于工程结构震后损伤和可修复性能的评价至关重要。首先,选取790条地震动记录对一个5层钢筋混凝土(RC) 框架结构进行增量动力分析,线性回归得出结构各损伤状态(性能水平)与残余层间位移角的量化关系;然后,分别对一个8层和一个11层RC框架结构进行增量动力分析,研究结构最大层间位移角和残余层间位移角两种损伤指标间的相关性;最后,对8层和11层结构分别进行基于两种损伤指标的地震易损性分析。分析结果表明：残余层间位移角与最大层间位移角具有较好的相关性;以最大层间位移角为结构损伤指标所得残余层间位移角无明显差异性,同样以残余层间位移角为结构损伤指标所得最大层间位移角也无明显差异性;以最大层间位移角和残余层间位移角为损伤控制指标,各损伤状态下50% 超越概率对应的谱加速度Sa(T1,5%)无明显偏差;以规范给出的最大层间位移角为损伤控制指标相对文章提出的残余层间位移角较为保守。因此,将残余层间位移角作为性能指标的研究对于基于层间位移角的震后结构性能评估是必要的。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法研究

针对RC框架结构可修复能力不明确的问题,提出基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法。研究以柱达到严重破坏作为结构拆除的判断准则,引入结构可修复能力储备系数来量化结构可修复能力。以结构动力失稳作为结构倒塌的判断准则,对按照我国规范GB50011-2010设计的48个RC框架结构分别进行增量动力分析;探讨柱分别达到严重破坏和结构倒塌状态下的层间位移角分布规律,包括最大层间位移角和残余层间位移角。发现柱达到严重破坏的残余层间位移角均值为1.48%,主要分布在0.5%~2.5%之间,且残余层间位移角超出0.5%时柱严重破坏的概率较高;柱达到严重破坏时最大层间位移角的数据离散性比不同残余层间位移角限值对应的数据离散性更小,且在基于残余层间位移角的拆除准则中可修复能力储备系数对残余层间位移角限值变化较为敏感,表明基于柱达到严重破坏的拆除准则比基于残余层间位移角的拆除准则更合理,可用于量化结构可修复能力。     

一致风险谱作用下RC框架结构响应预测及其设计值确定

基于一致风险谱的抗震设计，能够综合考虑地震危险性和结构易损性，使不同地区的结构在地震作用下实现同一目标倒塌风险。为了确定用于抗震设计的具有一致倒塌风险的风险导向地震动参数设计值和最大层间位移角设计值，以巨震和大震一致风险谱为目标谱选取地震动记录；采用比较点法对8层3跨RC框架结构的响应(最大层间位移角)进行了预测；基于优选的地震动记录对结构进行增量动力分析(IDA),采用小样本均值乘以修正系数的方法确定最大层间位移角设计值，并对最大层间位移角设计值与其预测值之间的关系进行了研究；在此基础上，基于IDA结果确定了风险导向谱加速度设计值。研究表明，基于巨震和大震一致风险谱对RC框架结构进行抗震设计，中位值IDA曲线上对应的最大层间位移角设计值分别为0.010和0.007,既满足50年倒塌概率1%的目标倒塌风险，也满足CECS 392:2021《建筑结构抗倒塌设计标准》中对RC框架结构在地震作用下不发生倒塌的层间位移角限值1/50的要求。     

基于增量动力分析的重力-侧力承载体系分离钢木混合结构抗震性能研究

为充分发挥钢木材料及钢木结构受力性能的优势，提出一种重力-侧力承载体系分离的钢木混合结构。通过可变形连接降低结构在地震作用下的响应。以钢板剪力墙-胶合木框架混合结构为例，对钢、木结构之间的连接参数设计范围进行确定，进而基于增量动力分析研究钢木混合结构在各性能水准地震作用下的最大层间位移角，并通过概率地震需求分析方法对结构的损伤指标进行评估。结果表明：在重力-侧力承载体系分离钢木混合结构中，通过可变形连接可降低连接内力和结构楼层加速度，结构在立即居住、生命安全和防止倒塌性能水准下的层间位移角限值建议分别取为0.2%、0.7%和2.6%;地面峰值加速度与结构最大层间位移角之间总体呈对数线性关系，结构在浅表地震作用下的最大层间位移角比在深层地震作用下更大；重力-侧力承载体系分离钢木混合结构的抗震性能良好，各性能水准下的最大层间位移角超越概率较低。     

基于IDA网架-框排架混合结构性能水准量化方法

仅以位移角为代表的变形指标作为抗震性能水准量化参数对结构在地震作用下的累积损伤破坏考虑并不充分.本文以某典型风雨操场工程为背景建立分析模型,采用增量动力分析方法,分别以最大单柱位移角和结构损伤作为IDA曲线的DM指标,利用50％分位线进行结构性能水准量化,确定最大单柱位移角性能水准限值及对应的结构损伤限值.对比分析以最...     

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计方法

以变形需求作为设计参数,阐明了RC框架结构基于性能的抗震设计方法的基本原理及步骤：利用弹塑性位移谱法求解结构的位移与变形需求,在层间位移角满足特定要求后,将梁柱塑性铰区的转动量值作为性能设计的参数,结合预期的性能目标由梁柱性能设计方程进行构件变形能力设计。以-10层框架结构为例,给出了RC框架结构基于性能的抗震设计的完整过程,并通过弹塑性时程分析作了比较验证。结果表明：弹塑性位移谱法求解结构位移需求是一种可为工程接受的、简便有效的方法,通过梁柱性能设计方程对变形能力进行定量设计,可将结构的破损程度控制在预先设定的性能目标范围内。     

早期既有建筑框架结构抗震性能指标研究

本文对比了各国针对各时期既有建筑的抗震鉴定方法。以50年超越概率与现行规范规定的新建建筑相等为基础,得到了不同后续使用年限的地震动水准指标,并给出了各时期既有建筑的性能水准。根据15根配置不同间距箍筋的框架柱拟静力试验结果,获得了模拟各时期既有建筑框架结构在不同性能水准、不同后续使用年限下的层间位移角限值以及在不同体积配箍率下的体系影响系数,为其抗震性能化研究提供了依据。通过对比分析得到,各时期既有框架结构与新建框架结构在水准2～水准6时,两者层间位移角限值相差较大。建议提高早期建成的框架结构的层间位移角限值要求。     

面内往复荷载作用下足尺砌体填充墙的易损性研究

为了研究钢筋混凝土(RC)框架结构中砌体填充墙的地震易损性，进行了6个足尺含填充墙RC框架试件的面内往复加载试验。各试件中RC框架的设计参数均相同，其中3个试件含普通黏土砖填充墙，另外3个试件含水泥空心砌块填充墙。试验过程中，记录了砌体填充墙的损伤发展过程，并以墙体裂缝宽度和破碎坠落现象作为损伤指标，定义了“明显破坏”、“严重破坏”和“危及安全”等3个损伤状态。在此基础上，以层间位移角作为工程需求参数，建立了普通黏土砖和水泥空心砌块填充墙的易损性曲线。易损性分析结果表明，当试件的面内侧向变形达到GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的框架结构弹性层间位移角限值时，黏土砖和空心砌块填充墙均极有可能达到或超越“明显破坏”状态，且空心砌块填充墙尚有22%的概率达到或超越“严重破坏”状态。与黏土砖填充墙相比，水泥空心砌块填充墙的易损性参数具有更大的离散性，且其整体性更差，当侧向变形较大时会出现破碎砌块坠落的现象。根据试验结果，给出了砌体墙最大残余裂缝宽度、最大裂缝宽度和层间位移角之间的近似相关关系。     

我国沿海地区RC框架结构地震易损性分析

文章考虑到近海大气的腐蚀环境,在材料层次,通过考虑钢筋应力及弹性模量削弱、混凝土碳化作用、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子等侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于实验数据从构件和框架整体上验证了模拟方法的正确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型,对6层和9层的不同龄期的框架结构,采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,得到了不同腐蚀龄期、层高、设防烈度的易损性曲线。结果表明：同一设防烈度下,腐蚀龄期越长,结构的超越概率越大;同一龄期下,设防烈度越低,结构的超越概率越大。     

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。     

考虑碰撞效应的相邻框架结构地震易损性分析

针对间距不足和高度不等的相邻钢筋混凝土框架结构,设置考虑碰撞刚度和阻尼非线性的碰撞单元,通过对三维非线性有限元模型的时程分析研究地震碰撞效应,并开展增量动力分析,分别以所有层和碰撞层最大层间位移角为工程需求参数,提出考虑碰撞效应的地震易损性分析方法。以6层和4层、6层和5层、6层和3层相邻钢筋混凝土框架结构为例,对比分析不同周期比下考虑与不考虑碰撞效应的相邻结构地震易损性曲线。结果表明：对于6层和4层相邻结构,考虑碰撞效应后,6层结构所有层的最大层间位移角对应的失效概率略有减小,4层结构的反之,而较低结构的碰撞层及较高结构的碰撞层以上层的最大层间位移角对应的失效概率明显增大,即碰撞效应对结构整体响应影响不明显,而对局部响应影响显著;6层和5层、6层和3层相邻结构地震易损性曲线具有类似规律,且相邻结构自振周期越接近,碰撞对结构地震易损性影响越小。     

布置金属阻尼器的RC掉层框架结构减震性能分析

掉层框架结构由于上接地端的强约束作用,与一般框架结构相比抗震性能更差,上接地柱破坏严重。为研究布置金属阻尼器对改善掉层框架结构抗震性能的影响,对掉2层3跨的RC掉层框架结构振动台试验进行数值模拟验证模型的准确性;按现行规范设计了6个不同形式的RC掉层框架结构算例,基于减震性能曲线法确定RC掉层框架结构中金属阻尼器的布置方式,对比分析结构的动力响应评价其减震效果。结果表明：以减震性能曲线法布置金属阻尼器能有效提高RC掉层框架结构的抗震性能,能达到预期的性能目标;布置金属阻尼器的掉层结构上接地端层间位移角和层间扭转角不再发生突变,楼层各项指标分布更加均匀;罕遇地震作用下,金属阻尼器进入屈服阶段后,平均消耗地震动能量达60%,减震效果显著;金属阻尼器可有效降低掉层结构的梁柱塑性铰产生数量并延缓其发展速率,延缓结构的刚度退化。     

钢框架内填RC墙结构层间侧移限值的试验数据统计分析

钢框架内填RC墙结构是一种新型组合结构体系,我国建筑抗震设计规范尚未规定其变形限值。为提出钢框架内填RC墙结构在不同地震水准下合理的层间侧移限值,本文对已有的钢框架内填RC墙结构的试验数据进行了统计分析,基于概率方法分析了钢框架内填RC墙结构在开裂、显著屈服、峰值荷载、破坏时的最大层间侧移比。同时,还采用累积层间塑性侧移比、累积延性比、累积能量耗散系数对钢框架内填RC墙结构破坏时的性能点进行了定量描述。分析结果表明:钢框架内填RC墙结构首次开裂时的平均层间侧移比为1/1368;取单侧置信区间下限确定的钢框架内填RC墙结构显著屈服及峰值时刻的最大层间侧移比分别为1/253及1/97。钢框架内填RC墙结构在破坏时以单侧置信区间下限确定的最大层间侧移比及最大层间位移延性比分别为1/64及3.50;所对应的累积层间塑性侧移比、累积层间位移延性比、以及累积层间能量耗散系数分别为0.12、26.45、及12.13。     

含软弱层大空间混凝土框架结构振动台试验

为研究现阶段存量较大的大型公共建筑结构强震作用下地震响应和抗震性能,针对一含软弱层的大空间RC框架结构,设计了几何相似比为1∶6的模型,开展设防烈度下多种激励的模拟地震动试验。通过对模型破坏形态、动力性能、加速度与位移响应等指标的测试分析,研究大空间混凝土(LRC)框架结构相对常规混凝土框架结构在动力响应与变形特征等方面的差异。试验研究与分析结果表明：LRC框架结构的损伤集中在软弱层,其柱端抗弯能力对整体结构的抗震性能影响最大;楼层加速度和相对位移经软弱层传递后易发生突变,LRC框架结构相对常规结构呈现出更明显的整体弯曲特征;含软弱层的LRC框架结构破坏等级的划分所依据的层间位移角限值相对常规RC框架结构需提高一级。     

考虑近断层地震运动特性的隔震结构抗震性能分析

基于近断层地震动的运动特性,选用破裂向前方向性脉冲型、滑冲效应脉冲型、无脉冲型共计30条地震波对一个6层基础隔震钢筋混凝土框架结构进行了IDA分析,以上部结构层间位移角和隔震支座的位移作为控制指标,给出了基础隔震RC框架结构的性能水准划分及量化指标限值。同时选用近断层上下盘地震动、断层法向平行向地震动对结构进一步进行IDA分析,得出结构易损性曲线,分析结果表现出地震激励下明显的上盘效应和方向性效应。为基础隔震钢筋混凝土框架结构的性能设计和易损性分析提供了参考依据。     

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。     

钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计

RC框架结构基于位移的抗震设计以框架的侧移曲线为基础,将多自由度体系转化为等效单自由度体系。在等效线性化的前提下,用弹塑性位移反应谱求出结构等效周期,得到层间剪力,进行结构构件刚度和承载力设计。同时将框架结构的弹塑性层间位移转化为梁、柱构件的目标侧移角,以确定构件的配箍特征值,保证结构预期的变形能力。该方法可以很好的控制结构在不同强度水准地震作用下的性能。