单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及地震易损性

通过有限元分析软件ABAQUS建立了单层柱面铝合金网壳结构的有限元分析模型,利用增量动力分析方法（IDA）对网壳结构进行强震作用下动力响应全过程分析,获得了单层柱面铝合金网壳结构强震失效模式。基于模糊数学理论提出单层柱面铝合金网壳结构强震失效判别方法,结合结构损伤理论拟合网壳结构强震损伤因子,通过大规模参数分析定义适用于铝合金网壳结构的损伤程度分级,对铝合金网壳结构不同损伤状态进行划分。通过随机抽样选取一定数量的结构-地震样本,对铝合金网壳结构开展地震易损性分析,通过回归分析建立地震易损性函数,获得单层柱面铝合金网壳结构的概率地震易损性曲线。结果表明：通过结构地震易损性分析可以看出铝合金网壳结构具有良好的抗震性能,在强震作用下保持基本完好或仅有轻微破坏的概率较大。     

近场地震作用下型钢-混凝土组合结构桥易损性分析

考虑近场速度脉冲型地震动特征,对型钢-混凝土组合结构桥梁的地震易损性进行分析。以一座工字型钢-混凝土组合梁桥为例,从PEER数据库挑选60条近场地震动记录作为输入,对桥梁结构整体性能和局部性能两个层次的易损性进行分析,给出了桥梁结构的整体和局部地震易损性曲线。通过与远场地震作用下的桥梁结构地震易损性分析结果的对比研究,发现：近场速度脉冲型地震引起的桥梁结构整体和局部地震需求均显著大于远场地震|在近场地震作用下,桥墩是型钢-混凝土组合桥梁的最易损构件,混凝土横梁与栓钉的易损性水平低于桥墩。     

综合体结构地震失效与影响因素分析

综合体结构集地上多塔、裙房、大空间地下结构于一体,结构规模大、连接部位多,地震作用下结构耦联效应和土-结构相互作用突出。为明确此类结构地震损伤及失效机理,以典型双塔综合体为例,分别选取近场脉冲型和远场型地震动为输入,进行增量动力分析与易损性分析,研究了结构薄弱部位、失效机制和损伤演化规律,并对比分析结构影响因素和地震动特性对结构失效影响。结果表明：裙房及大空间地下结构产生的嵌固作用对结构损伤、失效影响显著;受侧向刚度突变影响,地上与地下交界处、裙房与塔楼交界处是结构薄弱部位;塔楼耦联特性对减少整体结构地震响应有利,考虑土体影响后,塔楼耦联效应增强,结构位移和加速度响应的最大减小幅度超过30%;地上地下耦联特性对地上结构地震响应的影响随地震强度增加呈现先减小后增大的变化,综合体地上结构受地下结构影响,加速度响应增幅最高达90%以上;结构动力响应受地震动特性影响,同强度近场脉冲地震作用下的结构变形和损伤情况大于远场地震作用的,近场脉冲地震动易使结构发生裙房底部失效破坏,远场地震动易使结构发生塔楼底部失效破坏。     

近场地震动对基础隔震结构的影响

选用宽频远场地震Kanai-Tajimi模型与He-Agrawal近场脉冲地震速度脉冲模型,对现有的典型近场地震记录进行非线性数值拟合,调整其脉冲分量与宽频分量的比值,得到不同脉冲分量的地震波;文中以一幢8层基础隔震结构为研究对象,分析了合成近场地震波下基础隔震结构的水平及转动动力响应,结果表明含有脉冲分量的近场地震动比远场地震动破坏力更大;基础隔震体系能有效地减小上部结构在近场地震动中的响应。     

强震下单层柱面网壳损伤及失效机理研究

基于结构损伤理论,对单层柱面网壳在强震下的失效机理进行研究。单层柱面网壳在强震下不仅会发生动力失稳,也可能由于过度塑性发展导致动力强度破坏的模式。对于动力强度失效的研究,应当在分析中考虑材料损伤累积以及断裂效应的影响。为在有限元分析中包含这一影响因素,编制了基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性。应用其对单层柱面网壳在强震下的响应进行参数研究,并与基于理想弹塑性材料时的响应对比,讨论考虑材料损伤对网壳失效特征的影响。将单层柱面网壳在强震下失效时刻的多项特征响应进行统计分析,拟合了能够表征网壳损伤程度的损伤模型,建立单层柱面网壳在强震下的失效判别准则。针对实际工程抗震设计中采用损伤累积本构模型计算的困难,提出网壳结构失效极限的简化判别方法。     

单自由度结构体系抗地震倒塌能力研究

首先介绍了结构倒塌分析的单自由度模型。然后,基于结构抗倒塌能力谱,研究了结构周期、结构延性、屈服后刚度和软化段刚度、滞回捏拢、承载力和刚度退化以及P-Δ效应对单自由度结构体系抗地震倒塌能力的影响。最后通过远场、近场有速度脉冲和近场无速度脉冲3组地震动输入下抗地震倒塌能力谱的比较,研究了地震动特性对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:结构的自振周期、延性和P-Δ效应是抗地震倒塌能力的主要影响因素;自振周期为0.4~1.8 s的单自由度结构在近场有速度脉冲的地震动作用下更易发生倒塌破坏,而自振周期为2.6~5.0 s的单自由度结构在远场地震动作用下更易发生倒塌破坏。     

近场脉冲型地震作用下框架结构特殊反应研究

基于Open Sees平台建立自振周期不同的3层、12层的框架结构模型,并对这些结构在近场脉冲型地震动和普通地震作用下的动力响应进行了研究。通过比较分析,得到了近场脉冲型地震与不含速度脉冲地震对结构反应影响的区别。结果表明:近场脉冲型地震动含有较丰富的低频成分,因此近场脉冲型地震动作用在中长周期的框架结构上产生的层间位移角远大于不含速度脉冲地震加载后产生的层间位移角,而在短周期的结构上二者产生的层间位移角相差不大,近场脉冲型地震动对长周期结构的影响更为明显。     

基于精细化本构的单层柱面网壳强震失效机理研究

基于材料考虑损伤累积的精细化本构模型,通过全过程分析方法,考察材料损伤累积对结构抗震性能和失效特征的影响。结果表明,考虑材料损伤累积将显著降低结构的失效极限荷载;通过大规模参数分析,获得单层柱面网壳结构响应随不同的矢跨比、屋面质量、初始缺陷、长宽比和地震动的变化规律;随着矢跨比、屋面质量、初始缺陷的减小,结构的失效极限荷载显著增大,塑性发展范围更广,塑性发展程度更深;随着长宽比增加,结构的失效极限荷载显著提高;随着地震动荷载的改变,结构的失效极限荷载显著改变,并且失效极限荷载的大小与结构的塑性发展程度并没有显著的关联。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

远近场地震动反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站的影响

为研究远场地震动及不同类型近场地震动的反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站结构的影响,挑选远场地震动与三种类型的近场地震动(前方向性、滑冲型、非脉冲)记录共20条。以加速度峰值作为输入地震动的归一化指标。选择基于地震动反应谱计算得到的有效峰值加速度(EPA)、有效峰值速度(EPV)、改进有效峰值加速度(IEPV)、改进有效峰值速度(IEPV)作为指标进行比较。采用有限元方法,对弹塑性四层地铁车站的地震响应进行动力时程计算。结果表明,前方向性与滑冲效应型地震动的EPV及IEPV值较高;具有滑冲效应地震动作用下结构变形更为严重,底层中柱弯矩更大;远场地震动作用下结构响应较小;近场非脉冲地震动作用下结构动力响应明显降低;结构响应随输入地震动的EPV及IEPV值的增大而加剧。     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。     

Probabilistic seismic response and uncertainty analysis of continuous bridges under near-fault ground motions

Performance-based seismic design can generate predictable structure damage result with given seismic hazard. However, there are multiple sources of uncertainties in the seismic design process that can affect desired performance predictability. This paper mainly focuses on the effects of near-fault pulse-like ground motions and the uncertainties in bridge modeling on the seismic demands of regular continuous highway bridges. By modeling a regular continuous bridge with OpenSees software, a series of nonlinear dynamic time-history analysis of the bridge at three different site conditions under near-fault pulse-like ground motions are carried out. The relationships between different Intensity Measure (IM) parameters and the Engineering Demand Parameter (EDP) are discussed. After selecting the peak ground acceleration as the most correlated IM parameter and the drift ratio of the bridge column as the EDP parameter, a probabilistic seismic demand model is developed for near-fault earthquake ground motions for 3 different site conditions. On this basis, the uncertainty analysis is conducted with the key sources of uncertainty during the finite element modeling. All the results are quantified by the “swing” base on the specific distribution range of each uncertainty parameter both in near-fault and far-fault cases. All the ground motions are selected from PEER database, while the bridge case study is a typical regular highway bridge designed in accordance with the Chinese Guidelines for Seismic Design of Highway Bridges. The results show that PGA is a proper IM parameter for setting up a linear probabilistic seismic demand model; damping ratio, pier diameter and concrete strength are the main uncertainty parameters during bridge modeling, which should be considered both in near-fault and far-fault ground motion cases.     

考虑倒塌储备的近断层区域RC框架结构抗震设计方法

近断层脉冲型地震动通常会引发结构严重破坏甚至倒塌,但目前的设计方法仅通过修正设计谱来考虑近断层效应,并不能考虑结构的倒塌储备.为此,在使用近断层设计谱的基础上提出考虑倒塌储备的结构抗震设计方法.基于近断层设计谱和远场设计谱共设计了 12个钢筋混凝土(RC)框架结构,分别采用20条近断层脉冲型地震动和远场非脉冲型地震动研...     

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。     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

近断层速度脉冲地震动对边坡滑移的影响分析

 采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA(next generation attenuation)数据库及汶川地震动记录中选取196条速度脉冲地震动;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体动力非线性,通过对比近断层脉冲及非脉冲地震动引起的不同参数边坡的滑移特征,分析近断层地震动速度脉冲特性及边坡本身参数对滑动位移值的影响;同时对近断层速度脉冲地震动参数与边坡滑移量的相关性做了对比分析。结果表明：(1) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑动位移值远大于近断层非脉冲地震动,对长周期边坡影响尤为明显;(2) 相比非脉冲地震动,脉冲地震动引起的边坡滑动时间较短,且主要发生在地震动起始阶段的较短时间内(速度脉冲段),滑移的坡体具有更大的滑移速度,携带更高的能量,从而对周边环境产生更强的破坏作用;(3) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑移特征与其速度脉冲特性(持时短、周期长、速度峰值大)密切相关,且峰值地震动速度PGV与边坡滑移量具有高度相关性。最后,通过比较原始速度脉冲地震动及相应的等效脉冲作用下不同参数边坡的滑动位移值,对提取出的等效脉冲预测原始地震动引起的滑动位移的有效性进行分析,并基于此建立脉冲参数–滑动位移曲面。