强震作用下竖向不规则RC框架结构抗震易损性分析

研究速度脉冲强震作用下竖向不规则钢筋混凝土框架结构的抗震易损性。以5层和10层底层竖向不规则框架结构为分析对象,考虑地震动输入的不确定性,通过非线性动力时程分析获得结构底层最大层间位移响应,并通过曲线拟合建立最大层间位移与基本自振周期对应的谱加速度函数关系;假定最大层间位移和极限性能目标位移取对数正态分布的平均值,建立能有效评估结构竖向不规则极限控制参数的易损性曲线。分析结果表明：速度脉冲强震作用下,楼层承载力和刚度突变对结构层间位移有较大影响,底层竖向不规则程度越大最大层间位移亦随之增大,而中间层最大层间位移则减小;地震动强度越大,最大层间位移离散性越大;楼层承载力和刚度突变对抗震易损性曲线的影响较大,楼层数不同结构易损性曲线趋势不同。     

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。     

考虑结构不确定性的多层框架结构地震易损性分析

文中选取常见的六层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,考虑地震动与结构模型的双重不确定性,基于拉丁超立方抽样和正交设计相结合的试验方法针对结构模型建立了27个结构样本,应用OpenSees分别对每个样本开展增量动力分析,分别计算出每个样本在27条地震动的12次调幅作用下的各算例所对应的最大层间位移角。并对最大层间位移角与峰值加速度结果进行回归分析。以结构最大层间位移角作为损伤指标得到结构地震易损性曲线,并对比分析了地震动记录条数与模型不确定性对结构地震易损性的影响。结果表明,文中提出的分析方法能够较好的考虑地震动不确定性与结构自身不确定性,是一种有效的理论易损性求解方法;结构模型自身的不确定性对结构地震易损性结果具有较大的影响,这种影响对结构在大震作用下的抗倒塌能力尤为明显;文中的研究结果可为评估多层框架结构的地震灾害损失提供基础数据。     

高烈度区输水泵站地下结构地震易损性分析

为开展某输水泵站地下钢筋混凝土结构的地震易损性评估，文中采用钢筋混凝土纤维模型和土体弹塑性本构关系，建立了输水泵站地下钢筋混凝土结构的非线性有限元模型。应用增量动力分析方法，按一定比例调整地震动加速度峰值，计算了地下结构在不同强度地震动作用下的弹塑性动力反应。以最大层间位移角和最大抗剪承载力比作为结构的两个性能指标，通过响应面法构建了地下结构在极限状态下的响应面。采用验算点法、均值一次二阶矩法和蒙特卡罗法，计算了地下结构在不同强度地震动作用下的条件失效概率，确定了地下结构的易损性曲线，并对其进行了地震易损性评估。     

钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

本文以一榀7层的钢筋混凝土框架结构为分析对象,采用SAP2000建立有限元模型,选取非线性Nlink单元来模拟梁和柱两端的塑性角,其中柱铰单元采用纤维PMM铰,梁铰单元设置弯矩铰。分别指定最大层间位移角和最大顶点位移角作为结构地震需求参数,并定义了相应的破坏状态。输入8条地震动记录进行结构地震易损性分析,得到了相应的易损性曲线。该方法可为结构的抗震性能评价提供参考。     

增量动力分析法在预压装配式PC框架结构中的应用

为考察预压装配式PC框架结构的抗震性能,本文采用增量动力分析(IDA)来考虑地震动的不确定性,以工程中常用的最大层间位移角作为结构性能参数、地面峰值加速度作为地震动强度参数,利用有限元软件SAP2000建模,并采用非线性LINK单元模拟塑性铰的方式考虑结构构件的非线性属性,通过对某7层预压装配式PC框架进行IDA分析,得到一系列IDA曲线,然后对这些曲线进行汇总分析得到该结构概率分位值为16%,50%和84%的IDA曲线,并确定各曲线上对应的极限状态点。把IDA方法引入到地震易损性原理中,得到该结构的地震易损性曲线,并对结构的易损性进行了分析和评估。通过对本文算例的分析,可以为增量动力分析以及地震易损性分析在同类结构中的应用提供参考。     

地震易损性及全寿命费用评估方法研究

考虑地震激励随机性,以最大层间位移角为性能水平量化指标,采用基于概率密度演化理论的结构地震易损性分析方法,得到结构在不同强度地震作用下各级破坏状态的失效概率.提出结构损失期望与全寿命费用的计算方法,从而实现对结构全寿命周期的性能评估.最后,以钢筋混凝土框架结构住宅楼为例,将概率密度演化理论应用于结构全寿命费用的计算中,提高了损失期望与全寿命费用评估精度.     

预期损伤部位采用FRC框架结构地震易损性分析

将具有优良应变-硬化性能和多细裂缝开展等特性的纤维增强混凝土(FRC)用于RC框架结构预期损伤部位以形成FRC框架结构,并将其划分为5个结构性能水准,确定与之对应的抗震性能目标。以加速度反应谱作为地震动强度指标,层间最大位移角和顶点位移角分别作为工程需求参数,对FRC框架结构和RC框架结构进行增量动力分析(IDA),确定结构需求函数;对FRC框架结构和RC框架结构进行静力推覆分析,确定各性能水准对应的量化指标限值;最后绘制其地震易损性曲线,分析结构对应的超越概率。结果表明:通过比较不同性能水准下FRC框架结构和RC框架结构的超越概率,应选取层间最大位移角作为工程需求参数;FRC框架结构倒塌能力中位值较大、不同性能水准下的超越概率较小,抗震能力较好。     

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。     

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。     

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。     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。     

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。     

A machine-learning-based two-step method for failure mode classification of reinforced concrete columns

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此，准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据，采用机器学习方法，提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中，第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量，采用机器学习中的回归算法，建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量，采用机器学习中的分类算法，对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别，实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳；极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果；相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法，提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果，分类精度可以达到96%。     

相邻RC框架结构地震碰撞过程模拟与初步分析

相邻建筑物碰撞是指地震作用下其间距无法满足相对位移要求时造成的侧向撞击,常常导致或加剧结构破坏。选取Hertz-damp接触单元模型,推导了考虑碰撞的结构动力方程,模拟了相邻钢筋混凝土（RC）框架结构地震碰撞过程。分析碰撞过程,并利用梁柱单元破坏指数的变化解释了相邻RC框架结构地震碰撞破坏机理,指出地震碰撞破坏作用不完全随防震缝宽度的增加而降低。     

不同设防烈度下RC框架结构抗震设计与控制因素分析

为了对GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中RC框架结构地震倒塌风险水平进行量化统计分析,开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,依据GB 50011—2010,对18个不同层数(4、6、10层)、不同设防烈度(6~9度)的典型RC框架结构进行试设计,并依据试设计结果对各模型的抗震设计控制因素进行分析。结果表明：对于低烈度(6、7度)设防的框架结构,柱截面尺寸一般由构造要求或轴压比限值确定,最大轴压比一般出现在中柱,且重力荷载代表值所占比重很大,柱截面配筋则由最小配筋率规定和静载承重要求控制,结构构件的抗震冗余度不足;而对于中高烈度(7度(0.15g)及以上)设防的框架结构,柱截面尺寸主要由位移角限值控制,最大轴压比一般出现在边柱,且重力荷载代表值效应所占的比例随着烈度和层数的增加而显著降低,截面配筋一般由抗震承载力要求控制。     

基于性能的自复位钢框架震后功能恢复能力量化分析

自复位结构由于具有较好的抗震性能,近年来得到学者的广泛关注。目前对自复位结构体系的抗震性能评估仍然集中在结构的最大层间位移角、楼层的峰值加速度和残余层间位移角等,而对该结构体系的综合抗震性能评估较少,因此基于功能恢复能力的概念,以自复位耗能支撑钢框架和自复位屈曲约束支撑钢框架为例,对两种结构分别进行增量动力分析,得到结构体系的地震易损性曲线。进而计算结构的直接经济损失,基于地震损失评估模型,评估结构体系震后的恢复时间和总损失。最后,采用三种不同的功能恢复函数模型,对比分析了两种自复位结构震后功能恢复能力,为自复位结构体系的抗震性能分析提供参考。     

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。     

钢筋混凝土吊脚楼平面框架结构抗震性能试验研究

为研究坡地吊脚框架结构的抗震性能,设计了一栋7层的典型RC（钢筋混凝土）吊脚框架结构,提取顺坡向下部3层2跨平面框架子结构(缩尺比例为1/3)为试验对象,开展吊脚平面框架结构的拟静力试验,观察其裂缝开展过程以及破坏形态,分析其滞回性能、承载能力、延性和损伤路径等抗震性能,并探讨吊脚层的破坏形态。结果表明：子结构呈梁柱分别出现塑性铰的破坏模式,首先在第2层的梁端形成塑性铰,接着在吊脚短柱的下端、与该柱相邻的梁端以及第3层中柱的顶端出现塑性铰,最终破坏以吊脚短柱的混凝土压溃、梁端混凝土脱落以及第3层中柱顶端两侧混凝土剥落为标志;子结构吊脚层的破坏路径为由短柱沿斜坡向下至吊脚长柱发展,第2层的破坏路径为从中柱向两侧边柱发展;子结构吊脚短柱的破坏仍以弯曲破坏为主,合理的设计可实现短柱的强剪弱弯破坏模式;吊脚层各柱抗侧刚度的不均匀性导致了结构的吊脚层柱破坏程度的差异,破坏主要集中于吊脚短柱的下端以及与其相邻的梁端。为防止局部严重损伤,宜改善吊脚层各柱间抗侧刚度的不均匀性。