钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估

为评估地震作用下结构构件的损伤程度,建立基于竖向剩余承载力的损伤指标,提出钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估方法。该方法对钢筋混凝土柱采用精细化分析模型,避免单自由度体系假设,通过增量动力分析获得对数正态分布形式的易损性曲线,进行地震损伤程度评估。研究表明：所提出的地震损伤评估方法,计算简单,能有效评估钢筋混凝土柱在不同地震动强度指标下的损伤程度,为震后钢筋混凝土结构的安全评估和修复加固提供了理论依据。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构地震反应能量分析

通过对9个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构,选用一定数量的地震波进行时程分析,研究了此类结构在地震作用下的总输入能及其在滞回耗能和阻尼耗能之间的分配规律,以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明,随着地震动幅值的增大,滞回耗能比也随之增加;不同频谱特性的地震波对滞回耗能影响较大;刚度特征值对结构总滞回耗能影响不大,但对构件的耗能分配具有较大影响;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明：该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

火灾后钢筋混凝土柱的剩余承载力研究

对ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的剩余承载性能及方形柱剩余承载力的实用计算方法进行了研究。结合高温后混凝土和钢筋的本构模型及虚梁法,建立了火灾作用后钢筋混凝土柱剩余承载力的数值分析模型,并编制了相应的程序CAFIRE,程序考虑了轴力的二阶效应。利用程序分析了相关参数对标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的影响规律。针对不同受火时间、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了2700种工况下钢筋混凝土方形柱剩余承载力分析。在计算结果的基础上,定量给出了标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的实用计算方法。最后利用程序比较了不同受火时间后相同横截面面积、相同配筋率、不同截面形状混凝土柱的剩余承载力。     

基于有效耗能的改进Park-Ang双参数损伤模型及其计算研究

Park-Ang双参数地震损伤模型考虑了地震作用的首次超越破坏与累积损伤破坏两方面因素,较好的定义了结构的破坏,被后续研究广泛应用,但无法区分不同幅值作用下结构破坏的差异。分析了不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏特点,研究了结构损伤与结构耗能之间的关系。试验表明弹性阶段(位移幅值小于一倍屈服位移)的试件几乎不发生破坏,造成钢筋混凝土柱破坏的能量集中在相持阶段和破坏阶段,定义非弹性阶段引起结构破坏的滞回耗能为导致结构破坏的有效耗能。基于有效耗能假设引入有效耗能因子e,提出了改进的Park-Ang双参数地震损伤模型。对建议模型进行了21组钢筋混凝土柱的试验数据验证,计算结果表明：有效耗能因子可以反映相同耗能下不同位移幅值引起的结构破坏差异,有效耗能因子e物理意义明确,改进后的双参数地震损伤模型计算精度高,离散性小,能够区分不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏差异,较好地评估了RC结构的损伤性能。     

钢筋混凝土框架核心筒结构层间耗能分布研究

该文通过对5个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构, 选用一定数量的地震波进行时程分析, 研究了此类结构在水平地震作用下的滞回耗能与结构动力特性以及地震动参数的关系, 以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明：结构自振周期与地震波卓越周期比和地震动加速度幅值对结构滞回耗能影响较大, 刚度特征值影响外框架与内筒之间滞回耗能分配, 内核心筒中连梁和剪力墙的线刚度比与两者之间耗能分配比例呈线性关系;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。通过参数分析及回归拟合的方法得到能够反映结构刚度特征值、连梁与剪力墙线刚度比和结构周期等因素的滞回耗能层间分布规律的简化计算公式。     

爆炸作用时钢筋混凝土柱损伤因素分析

为研究爆炸作用下钢筋混凝土柱的损伤破坏,通过有限元软件建立了钢筋混凝土柱数值计算模型,分析了5种损伤因素对柱损伤程度的影响.基于数值计算结果,以损伤指数为系统特征变量,以5种损伤因素为相关因素变量,进行了灰色关联分析.结果表明:提高箍筋配筋率和混凝土强度能够有效降低柱的损伤,纵筋配筋率对柱损伤影响相对较小;爆炸荷载下,...     

考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点恢复力模型研究

为了研究冻融环境下钢筋混凝土框架节点的抗震性能,对6个经受不同冻融循环次数作用后的钢筋混凝土框架节点进行低周反复加载试验,分析框架节点的滞回曲线特性。基于试验结果,得到了简化三折线型骨架曲线模型,并给出了相应的确定方法。采用回归分析方法,得到考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的极限功比系数I数学表达式,进而确定基于循环耗能的循环退化指数,通过对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度以及承载力等各项力学性能的退化机理进行了描述,进一步建立适应于冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的恢复力模型,并给出了具体的滞回曲线规则。研究表明：冻融作用使得节点梁纵筋粘结性能劣化明显,累积耗能随着冻融循环次数的增加而降低;通过考虑刚度、强度的循环退化规律能更好的反应冻融节点“捏缩”效应,更与实际吻合;建议的恢复力模型与试验结果想接近,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明：试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

碰撞冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤评估及防护技术

以刚性球撞击钢筋混凝土柱为例,研究了碰撞冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤程度评估以及防护技术。在钢筋混凝土柱粘结滑移模型基础之上,提出了一种基于竖向剩余承载力的损伤评估准则,用来判定碰撞冲击荷载下钢筋混凝土柱损伤破坏程度;并定量分析了刚性球质量、初速度与结构柱损伤度的关系。针对复合截面防护的情形,对碰撞冲击荷载作用下钢筋混凝土柱防护前后的动态响应及损伤进行了分析,并对比了外粘钢板及外敷泡沫铝两种防护措施的防护效果。结果表明：刚性球质量及速度在较小范围内时,损伤度的增长速率高于质量及速度的增长速率,且以质量和速度同时增加时损伤度增长最快;当刚性球质量及速度达到一定数值后,损伤度的增长速率一般会低于刚性球质量及速度的增长速率。外粘钢板、外敷泡沫铝两种复合截面防护方法均能有效降低碰撞冲击下钢筋混凝土柱的动态响应及损伤程度,且均能使钢筋混凝土柱的整体破坏模式由弯剪破坏向弯曲破坏转变。     

基于易损性指数的钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

在传统地震易损性分析的基础上,提出了易损性指数的概念,并用其来评估结构的地震损伤。通过引入群体结构震害评估中震害指数的概念,结合解析地震易损性分析得到的结构破坏状态概率,将震害指数的数学期望作为单体结构的易损性指数。选择8层和10层两组考虑不同抗震设防水平的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析得到结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线、易损性指数曲线以及结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数。分析结果表明：按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构基本可以满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的性能要求。在大震作用下,结构可以较好地控制较严重破坏的发生。随着抗震设防水平的提升,结构的抗震能力得到了加强,但结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数却发生了增加。     

基于有效累积滞回耗能的钢筋混凝土构件承载力退化模型

在模拟地震作用下建筑结构的非线性响应时,应正确考虑构件的累积损伤对结构性能的影响。钢筋混凝土构件在反复受力下的承载力退化是其累积损伤的重要体现。该文根据不同加载路径下钢筋混凝土柱的试验资料,通过考察不同加载路径对构件承载力退化的影响,指出累积滞回耗能引起的构件损伤程度,与产生该累积滞回耗能的位移幅值有关。基于这一结果,该文提出了有效累积滞回耗能的概念,以综合考虑累积滞回耗能和相应的位移幅值对承载力退化的影响。与试验结果的比较表明,有效累积滞回耗能与构件承载力退化程度之间有良好的相关性。分析结果表明,所建议的基于有效累积滞回耗能的承载力退化模型可较好地模拟不同往复加载路径下钢筋混凝土构件的滞回曲线。     

轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究

钢筋混凝土构件的尺寸效应主要是：1）混凝土材料本身的非均质性和力学非线性;2）钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性共同导致的。随着建筑结构尺寸不断变大,高强混凝土的应用越来越广泛,其高脆性使得其尺寸效应行为更加明显。此外,钢筋混凝土构件大多处于复杂加载条件下,进而使得其尺寸效应问题变得尤为复杂。该文设计了最大截面尺寸为800 mm×800 mm的16组几何相似高强钢筋混凝土柱,对其在轴向受压单调加载及循环重复加载下的力学行为进行了试验研究,并对其名义轴压强度的尺寸效应进行了分析。结果表明：1）高强钢筋混凝土柱的破坏模式受到加载模式的显著影响;2）随试件尺寸变大,高强钢筋混凝土柱耗能能力减弱;3）较单调加载情况,轴向受压循环重复加载下高强钢筋混凝土柱的破坏表现出更强的脆性,且名义轴压强度减小,尺寸效应更显著;4）Ba?ant提出的“尺寸效应律”能够较好地描述大尺寸高强钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应规律。     

基于改进Ibarra-Medina-Krawinkler材料模型的RC圆柱恢复力模型参数识别

该文基于美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的76根弯曲破坏及弯剪破坏的钢筋混凝土(Reinforced concrete, RC)圆柱试验数据,以峰值指向型改进Ibarra-Medina-Krawinkler (I-M-K)材料模型作为恢复力模型,采用OpenSEES有限元平台对所选择的RC圆柱试验数据进行数值模拟,识别得到了每一RC圆柱的恢复力模型参数。选取RC圆柱的15个基本设计参数为基本变量,采用多元线性回归和分步拟合,获得了RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)。通过对试验验证组中3根RC圆柱的滞回试验数据进行模拟,对该文提出的RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)的合理性进行了验证。结果表明:该文获得的经验预测公式(值)可以较为准确地预测RC圆柱的恢复力模型参数,可以较合理地反映RC圆柱在循环加载过程中的强度及刚度的退化特征。     

基于能量的弹塑性损伤实用本构模型

建立一个实用的弹塑性损伤本构模型。在有效应力空间采用经验公式计算塑性变形,能将模型塑性部分与损伤部分解耦,降低模型的数值处理复杂性,同时大大简化模型塑性应变的计算。结合不可逆热力学理论,基于损伤能量释放率建立损伤准则,损伤能量释放率由修正后的弹性Helmholtz自由能导出,模型中将弹性Helmholtz自由能分解为应力球量部分和应力偏量部分,将其应力球量部分产生的损伤取为零,同时根据应力状态引入折减系数对其应力偏量部分进行修正,使得模型能较为准确的模拟混凝土材料在双轴加载下的本构行为。将应力张量谱分解为正、负两部分以分别定义材料受拉、受压损伤演化,并采用受拉损伤变量、受压损伤变量分别模拟混凝土材料在拉、压加载下的本构特性。引入一个加权损伤变量使得模型能较准确的反映混凝土材料的“拉-压软化效应”。最后该文给出初步试验验证,证明了该文模型的有效性。     

基于扩展有限元进行钢筋混凝土柱捏拢效应的机理分析

预测地震荷载下钢筋混凝土柱的力学性能,对评估震后混凝土结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于混凝土材料在受力过程中的复杂性,目前对钢筋混凝土结构力学性能的模拟主要依靠数值方法。已有的数值模拟方法大都基于有限元法,将混凝土视为连续体,通过人为定义参数来指定混凝土的滞回本构,因此存在一定的主观性与局限性。该文结合扩展有限元法与断裂准则,直接模拟混凝土裂缝的开展与闭合,并考虑钢筋和混凝土的粘结滑移作用,通过数值计算,直接再现了钢筋混凝土结构在低周反复荷载下的力学行为。模拟方法得到了试验的验证,与结果吻合较好。该文进一步分析了钢筋混凝土柱的滞回行为中混凝土、钢筋的各自作用和相互抵消行为,从细观的角度,在机理上揭示了捏拢效应出现的三个主要原因。     

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的滞回性能研究

通过对5个足尺耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验,研究了此类节点的传力机理、破坏模式等,分析了连接节点的滞回性能、承载力、变形及延性、刚度退化及耗能等性能,并通过ABAQUS有限元程序对试验试件的滞回性能进行模拟。研究结果表明：U型外包钢连接节点构造简单、传力可靠。考虑楼板作用可显著提高耗能梁段与RC梁连接节点的承载力及后期变形能力。耗能梁段端板同RC梁顶面之间的分离导致滞回曲线中部捏缩,滞回性能劣化,耗能能力一般。