考虑地震损伤的RC框架构件滞回模型研究

工程结构抗震性能评估的关键点在于合理确定计算模型,震损结构较新建结构而言力学性能产生退化现象,同时滞回模型也随之发生变化。基于不同震损状态下的钢筋混凝土构件数值计算模型,从美国太平洋地震工程研究中心试验数据库中选取97个构件的低周反复加载试验数据,采用非线性回归分析方法进行拟合,考虑轴压比、剪跨比等因素的影响,建立构件损伤程度与剩余强度和剩余刚度的定量拟合关系式,给出震损结构构件滞回模型的确定方法与验证方法;通过试验数据和算例分析对震损滞回模型合理性和必要性进行验证。分析结果表明:通过本文方法确定的考虑地震损伤的滞回模型合理且必要,可为后续震损结构的抗震性能评估提供参考。     

锈蚀RC框架结构抗地震倒塌能力研究

锈蚀引起钢筋截面面积缩小、力学性能劣化以及钢筋混凝土间粘结性能退化等,是导致结构抗震性能退化的最主要因素。基于增量动力分析(IDA)方法,通过对不同锈蚀程度的RC框架结构进行抗地震倒塌易损性分析,讨论了钢筋锈蚀程度对RC框架结构在大震、特大地震下的抗地震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备能力的影响,并根据分析结果提出了相关建议。结果表明,钢筋锈蚀程度对其抗地震倒塌能力有重要影响,特别是在特大地震下,当钢筋锈蚀率大于10%时,其影响最为显著。     

考虑钢筋锈蚀的简支梁桥地震易损性分析

为评估存在钢筋锈蚀的简支梁桥抗震性能,文章以某山区3×20 m的简支梁桥为例,采用OpenSees建立了该简支梁桥的非线性有限元模型,通过修正钢筋混凝土材料的本构关系模拟钢筋锈蚀;为考虑地震动的不确定性,根据桥梁场地类型选取了100条地震动记录对有限元模型进行了地震响应分析,并采用概率地震需求模型方法建立了钢筋锈蚀桥墩...     

锈蚀钢筋混凝土柱基于变形的性能指标研究

采用ABAQUS有限元软件,对按GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》设计的342个锈蚀钢筋混凝土柱进行有限元分析,研究钢筋的锈蚀率、轴压比、剪跨比、配箍率和纵向钢筋配筋率等参数对钢筋混凝土柱变形性能的影响。结果表明：当钢筋的锈蚀率较小时,构件的变形性能受锈蚀率影响不大;当钢筋的锈蚀率达到10%以后,构件的破坏形态发生改变,变形能力急剧退化;随着轴压比的增大,构件的变形能力降低;轴压比较小的构件变形性能受剪跨比影响比轴压比较大的构件明显;随着配箍率和纵向钢筋配筋率的增大,构件的变形能力有所提高;提出了锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能等级和性能界限状态的划分方法,以塑性转角作为变形性能指标,对数值计算结果进行统计分析,得到了锈蚀钢筋混凝土柱各性能界限点的塑性转角统计特征值。研究成果可为钢筋混凝土结构全寿命的性能化抗震设计和抗震性能评估提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

钢筋混凝土柱锈蚀及加固后的地震响应

在加固锈蚀钢筋混凝土柱低周反复荷载试验的基础上,根据提出的加固锈蚀构件的恢复力模型,对锈蚀钢筋混凝土加固后的结构进行了动力时程分析,研究了地震波、钢筋锈蚀及加固方式、加固材料和加固材料用量对结构抗震性能的影响。研究表明,钢筋混凝土柱锈蚀后,由于钢筋截面面积减小及钢筋与混凝土粘结性能的降低,抗震性能降低,但进行加固后,抗震性能有所恢复,恢复程度不仅与加固形式和加固材料用量有关,还与地面运动的频谱特性有关。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱的抗震性能

为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果,选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究,考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明:钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能,锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%;外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%～109.1%,并显著改善短柱的延性和耗能能力;外包CFRP的层数由1层增至2层时,加固试件的受剪承载力提高较少,且试件达到峰值荷载时,CFRP的最大应变减少;在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后,混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。     

钢筋混凝土锈蚀损伤研究综述

钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性降低的主要因素之一。简要说明研究钢筋混凝土锈蚀损伤的重要意义,阐述了钢筋混凝土锈蚀件损伤的研究状况。主要从混凝土中锈蚀钢筋的力学性能、钢筋锈蚀引起的混凝土损伤、锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能和锈蚀钢筋混凝土受弯构件、受压构件的受力性能、锈蚀钢筋混凝土构件抗震性能等方面总结归纳了国内外的研究现状与成果,并分析了今后的研究方向。     

考虑氯离子腐蚀作用的近海桥梁结构地震反应分析

近海钢筋混凝土桥梁结构服役环境氯离子浓度较高,且随着氯离子侵蚀作用的加深,易导致钢筋锈蚀,从而使结构性能衰退,因此,在对近海钢筋混凝土桥梁结构进行地震反应分析时应考虑氯离子腐蚀作用的影响。基于拟力法基本理论,结合现有氯离子腐蚀作用模型,建立钢筋混凝土桥梁结构双轴局部塑性机制,进而提出一种可考虑氯离子腐蚀作用影响的近海桥梁结构地震反应分析方法。建立的双轴腐蚀转动铰(Corrosion Rotation HingeCRH)和腐蚀剪切铰(Corrosion Slide Hinge-CSH)能够在模拟钢筋混凝土桥梁结构非线性行为的同时考虑钢筋锈蚀的影响,并对近海桥梁结构的全寿命抗震性能进行预测。由于在分析过程中结构刚度矩阵保持不变,该方法在保证精度和稳定性的同时可显著提高计算效率。最后,通过数值算例验证所提出方法的有效性和实用性,同时验证了对近海桥梁结构进行抗震分析时考虑氯离子腐蚀作用影响的必要性。     

竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计方法

考虑结构在地震作用下不同反应阶段的动力特性,采用振型反应谱法,建立结构在不同地震作用水平下的弹塑性需求曲线族,即结构的层间剪力一位移需求曲线.结合结构的能力曲线,提出以楼层为研究对象的层间能力谱法.由结构的性能目标与位移延性的关系,建立性能目标与层间需求曲线的关系,从而得到考虑结构延性的层间需求曲线.通过计算分析表明,层间能力谱法可以有效的用于对竖向不规则结构进行基于性能的抗震设计,可以方便地对不同地震作用水平、不同性能目标的结构进行地震作用计算和配筋计算,并能控制结构在不同地震作用下的变形性能、塑性铰出现顺序及部位,与时程分析方法相比偏于保守,且比直接基于位移的设计方法具有明显的优势.     

多层石膏墙体钢网格式框架结构影响系数研究

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》并未给出多层石膏墙体钢网格式框架结构的结构影响系数,因此其抗震设计荷载取值还不明确。基于此,依据GB 50011-2010规范设计了6个典型的多层钢网格式框架结构模型,通过推覆分析得出结构的能力谱曲线,基于改进能力谱法得出罕遇地震和抗震设防烈度地震作用下的需求谱曲线。将结构的能力谱曲线和延性需求谱曲线族置于统一坐标系中,确定结构的目标位移以及性能关键点坐标。进一步考虑层数及标准层布置对结构延性和超强系数的影响,评估结构的抗震性能并给出结构影响系数取值。研究表明：多层钢网格式框架结构在抗震设防烈度地震和罕遇地震作用下的变形均满足抗震规范要求;其结构影响系数取3.0,位移放大系数取4.0;该结构可采用现行抗震规范进行设计,但设计结果偏于保守。     

ISCS method for the performance‐based seismic design of vertically irregular reinforced concrete frame structures

The procedure to obtain the inelastic demand curves for the multi‐degree‐of‐freedom system, composed of inter‐story shear versus inter‐story displacement curve is introduced. The demand curves are established by using mode spectrum method, and the dynamical characteristic of structure under different earthquake hazard levels is taken into account. The relation of structure performance object and displacement ductility is adopted to deduce the relation of structure performance object and inter‐story demand curve. Therefore, the inter‐story demand curves take into account the inelastic behavior of structure under earthquake action adequately. Then, considering the seismic responding characteristic and the capacity curve of the frame structure, a new method named Inter‐Story Capacity Spectrum (ISCS) is put forward for the performance‐based seismic design of vertically irregular frame structures. Examples are presented to demonstrate the applicability and the utility of the proposed method. It is concluded that the new method can control the inter‐story drift, the order and position of hinges of vertically irregular structures under different earthquake hazard levels. Comparing with time‐history analysis method, it leans to safe and is superior to direct displacement‐based design method. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

某医院医疗综合楼超限高层结构设计

以某医院医疗综合楼结构设计为例,分别采用振型分解反应谱法、弹性时程分析和pushover分析方法对该工程进行了抗震性能研究,并对整个结构的关键构件提出了中震及大震的抗震性能目标,使其满足"小震不坏,中震可修,大震不倒"的原则。     

考虑局部锈蚀特征的钢筋性能退化试验研究

采用电化学加速锈蚀和人工环境模拟方法制备侵蚀环境下混凝土构件中锈蚀钢筋样本,阐述了钢筋均匀锈蚀和不均匀锈蚀的发展机理,建立了更为合理的钢筋锈蚀程度分类方法和更为准确的评估指标.通过锈蚀钢筋力学性能测试,研究蚀坑参数对锈蚀钢筋力学性能的影响,建立了钢筋力学性能退化模型.考虑工程维护管理和结构性能评估实际情况,针对锈蚀率在5％～20％,蚀坑形状不规则的Ⅱ级钢筋,建立了蚀坑形状特征参数模型,为准确预测侵蚀环境下考虑锈蚀的钢筋混凝土结构长期承载力奠定了基础.     

氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土应力-应变本构模型

采用加速腐蚀试验,对氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土棱柱体试件的破坏形态、应力-应变全曲线、峰值应力、峰值应变、极限应变及弹性模量进行了试验研究.结果 表明:钢筋锈蚀损伤混凝土试件的破坏多为微柱失稳破坏,大致平行于受力方向的锈胀裂缝是主要的破裂面;钢筋锈蚀损伤混凝土实测应力-应变全曲线与未锈蚀损伤混凝土相似,但是随着钢筋锈...     

Seismic capacity assessment of postmainshock damaged containment structures using nonlinear incremental dynamic analysis

This paper investigates the structural performance and seismic capacity of the postmainshock damaged containment structure through the incremental dynamic analysis (IDA). To evaluate the seismic capacity with minimum uncertainty, the damage measure (DM) and intensity measure (IM) for IDA curves are selected in term of the coefficient of variation. The IDA using mainshock records is implemented to examine the seismic damage process of a containment structure and determine key damage states. The static cyclic loading analysis and aftershock IDA are also conducted on mainshock‐damaged containment structures to investigate the effect of initial damage states on the dynamic characteristics of structures. Finally, based on IDA results, limit states of a containment structure are defined using a generalized multidimensional limit‐state function that allows considering the dependence between the mainshock‐damaged level and residual seismic capacity. These proposed bidimensional limit‐state functions can be used in the fragility analysis and risk assessment of containment structures under mainshock–aftershock, which can improve the accuracy of seismic assessment.     

一般大气环境锈蚀钢柱抗震性能试验与数值分析

为研究锈蚀对钢柱抗震性能的影响,对20个钢板试件和7个H型钢柱试件进行一般大气环境加速腐蚀试验.通过锈蚀钢板单调拉伸与低周往复加载试验研究锈蚀钢板单调与循环加载性能的差异性,揭示锈蚀钢材强度、延性退化规律,建立锈蚀钢材循环本构模型;通过锈蚀H型钢柱拟静力试验,研究锈蚀钢柱在地震作用下的损伤过程、破坏形态及性能退化规律,...     

平面不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估方法

从现行规范对平面不规则结构的限制条件出发,推导扭转角与扭转位移比的关系式,结合钢筋混凝土框架结构在不同地震作用水平下的层间位移角限值,建立平面不规则结构的层间扭转角需求曲线;依靠现有有限元分析程序计算结构构件的扭转角和扭转角能力曲线,提出平面不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估方法--扭转角能力谱法.通过算例对扭转角能力谱法的使用方法和原理进行阐述,建立平面不规则结构的评估曲线,分析结构不同楼层各构件的扭转变形性能.结果表明,扭转角能力谱法既可以一目了然地判别出楼层与楼层之间的扭转变形关系,又可以准确地判别出同一楼层各抗侧力构件的扭转变形性能,从而全面的实现各构件基于性能的抗震评估.     

基于性能冗余率的震损混凝土结构残余抗震性能评价

提出了一种震损钢筋混凝土结构残余抗震性能详细评价方法,该方法克服了以日本规范为代表的现有评价方法在应用于同时包含剪切破坏和弯曲破坏构件的复杂破坏模式结构时存在的局限性。该方法基于结构静力推覆分析和结构性能冗余率,能够更详细地考虑构件损伤造成的多方面的性能变化,并且能够判定复杂破坏模式结构的破坏类型及安全界限。以一栋实际震损结构作为工程实例,采用详细评价方法和日本规范评价方法研究其残余抗震性能。结果表明:详细评价方法对于复杂破坏模式结构的评价结果更合理准确;对于脆性破坏型结构,日本规范的评价结果与详细评价方法差别不大,而对于延性破坏型结构,日本规范的评价结果误差较大;另外,通过合理设置构造缝以保证构件的延性,能够显著提高结构震后的残余抗震性能。