板柱变形能力对地铁车站结构地震破坏反应影响研究

为研究顶板、中柱的变形能力对地铁地下结构地震破坏反应及破坏模式的影响,开展了 4个板、柱具有不同变形能力的地铁地下结构的对比性离心机振动台模型试验.试验中,通过在结构上覆土中掺入一定比例钢砂的方式对上覆土体的竖向惯性效应进行近似模拟.结果表明:中柱是地铁地下结构的关键性抗震构件,在强震作用下,保证中柱的竖向支撑作用是减...     

浅埋地下结构地震反应分析的惯性力–位移法

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效应。已有研究表明,这种上覆土体竖向惯性力效应对浅埋地下结构支撑构件的抗震性能(抗剪强度和极限变形)有重要影响,是评价浅埋地下结构抗震安全性的关键因素之一,不能忽视。为此,针对浅埋地下结构地震反应分析问题,提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法,简称惯性力–位移法。给出了惯性力–位移法分析模型的两个关键参数确定方法,包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力。工程实例分析结果表明,建议的惯性力–位移法与传统的反应位移法相比,不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外,其它反应量的计算精度与之基本相当。     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。     

近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究

研究近断层竖向地震作用下混凝土框架柱轴向内力的变化规律,解析结构抗震性能衰减以及坐层倒塌的本质。采用一榀3跨10层混凝土平面框架结构作为分析对象,通过动力时程分析,探讨2种水平和6种竖向地震强度的组合工况时,混凝土框架柱轴压力增量分布模式及拉力的变化规律。结果表明,有竖向地震作用参与的工况,框架柱轴压力能达到初始值的2~3倍,竖向地震作用对结构上部框架柱以及框架边柱轴力的影响显著;竖向地震频率特征对框架柱轴力有很大影响,我国抗震规范建议通过缩放水平地震而获得竖向地震的方式进行竖向地震响应分析,可能低估竖向地震对结构动力反应的影响。     

基于ABAQUS考虑柱对框架结构抗连续倒塌承载力影响的数值模拟

为了研究框架柱在框架结构抗连续倒塌过程中所起的作用和框架柱对框架结构抗连续倒塌的承载能力的影响,文章通过Qian K等进行的中柱失效的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱失效直至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架边柱的柱高、轴压比,分析了边柱约束对所研究子结构抗连续倒塌承载力的影响;研究了框架梁柱线刚度比的差异对框架结构抗连续倒塌受荷机理的影响;并探讨了考虑框架柱的框架在中柱移除过程中的荷载转化路径和受荷机理。模拟表明框架柱在结构抗连续倒塌过程中作用明显,抗连续倒塌设计时要充分考虑框架柱的作用。     

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于 ABAQUS 软件的 32CPU 显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土–框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明：大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。     

柱轴压比对我国RC框架结构抗地震倒塌能力的影响

首先用纤维模型和美国ATC-63委员会推荐的IDA方法,对按照我国现行抗震规范设计的24个钢筋混凝土框架结构(7度设防,跨度、层高、层数不同)的抗地震倒塌能力进行了分析,发现框架柱轴压比是影响框架结构抗地震倒塌能力的最主要因素,轴压比和结构的倒塌储备系数CMR具有一定的线性负相关关系,现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。通过改变框架柱截面尺寸调整轴压比后的进一步分析表明,控制轴压比可有效改善框架结构的抗地震倒塌能力。     

地下结构地震模拟振动台试验研究

文章通过振动台试验,总结了地下结构地震反应规律,分析地下结构的变形机制．并重点分析上覆土层和竖向荷载对地下结构动力性态的影响。试验表明浅埋情况的各种反应均大于深埋情况,这说明了约束结构的上覆土层的重要性。垂直激励的参与改变了结构的响应,增大了结构内部的应力,尤其是结构顶部的剪力。并结合结果对设计类似的大跨度地下结构提供有益的结论和建议。     

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险; 相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大; 随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。     

装配式震损可更换组合柱抗震性能试验研究

为达到震后快速修复和建筑功能快速恢复的目的,针对装配式RCS混合结构在强烈地震作用下底层柱脚容易出现严重塑性损坏的特点,提出一种由下部可更换消能柱脚和上部RC柱组成的新型性能可恢复装配式组合柱。通过8个新型组合柱的低周往复加载试验,重点研究可更换钢板面积、轴压比和填充块材料对组合柱抗震性能和可更换性能的影响。研究表明：新型组合柱损伤主要集中于柱下部的可更换部件,上部不可更换段基本保持弹性状态,实现了预期的破坏模式;在经历1/50位移幅值后进行损伤部件更换,更换后组合柱的承载能力和变形能力与更换前基本相同,实现了新型组合柱震后的快速修复和性能可恢复;减小可更换钢板截面面积,试件承载力相应减小;试件的承载力和耗能能力随轴压比增加而增加。研究成果可为可恢复性能装配式RCS结构抗震设计提供依据,促进新型装配式结构的推广应用。     

型钢高强混凝土柱轴压比限值分析

轴压比是影响柱抗震性能的一个主要因素,随着轴压比的增大,柱的抗震性能越来越差。从型钢混凝土柱正截面大、小偏心界限破坏时力的平衡条件出发,推导了型钢高强混凝土柱发生延性破坏的轴压力限值,并提出了其在不同抗震等级下轴压比限值,该限值可为型钢高强混凝土柱的抗震设计提供参考依据。     

框架柱延性铰抗震性能试验研究

本文对不同轴压比和配箍率下承受低周反复荷载作用的９根不同配筋构造的框架柱铰的延性、滞回特性和耗能能力等抗震性能进行了试验研究。结果表明，和普通方箍柱相比，井字式复合箍筋柱具有良好的抗震性能；柱铰内埋工字钢可以显著地改善框架柱的抗震性能。     

规则钢筋混凝土框架中考虑双向随机偏心距的柱承载力抗震可靠度分析

地震作用下RC框架柱大多处于双偏压受力状态。为考虑双向偏心距随机特性的影响,采用Monte Carlo方法分析了RC框架柱的承载力抗震可靠度。基于已有的试验数据,分析了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中双偏压构件抗力计算模式的不确定性及其对极限状态方程的影响。以按规范设计的典型RC框架角柱、边柱和中柱为例,结合已有荷载和抗力变量的统计概率参数,通过对荷载效应以及抗力进行抽样,分别按单偏压和双偏压情形计算了RC柱的承载力抗震可靠度。结果表明：对于规则框架结构,双偏压情形下使柱具有较低可靠度的地震作用方向(沿结构主轴)与单偏压情形并不相同;考虑双向随机偏心距后,RC柱的承载力抗震可靠度会较单向随机偏心距下的可靠度有较大程度的降低。     

钢-混凝土组合空间框架拟动力有限元分析

基于混凝土的塑性-损伤本构模型与钢材的弹塑性混合强化本构模型,采用ABAQUS有限元分析软件,对圆钢管混凝土柱-钢筋混凝土框架梁2层空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析。模型中考虑了钢管与核心混凝土的约束作用以及连续地震作用下引起的塑性耗能累积效应。对钢管混凝土柱轴压比、钢管横向变形系数以及各关键点的钢管与核心混凝土、框架梁、环梁与楼板中的钢筋和混凝土的应力-应变滞回曲线以及框架结构的塑性耗能分布情况进行分析。结果表明：连续工况地震作用使框架结构产生塑性耗能累积效应,进而使楼层的位移响应明显增大,层间刚度减小;连续工况地震作用后,钢管和所有钢筋都屈服,钢管、环梁钢筋的约束作用使核心混凝土、环梁混凝土强度超过其轴心抗压强度,楼板混凝土因受拉而开裂;短边柱的轴压比有明显波动,罕遇地震作用下其值大于角柱、中柱和长边柱的轴压比;钢管混凝土柱为主要的塑性耗能构件,环梁次之。     

两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架静力性能分析与设计

为研究基于套建增层的两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架（PSRCF）静力受力性能,以高强混凝土强度等级、框架柱轴压比和长细比、框架梁跨高比、框架柱角钢含钢率以及预应力筋的张拉控制应力为主要参数,设计了15组单层两跨PSRCF体系;基于简化力学模型和材料本构关系,利用ABAQUS软件建立PSRCF的有限元模型,开展了单跨非规则预应力和非预应力框架的滞回分析,对通过仿真分析获得的滞回曲线和骨架曲线与拟静力试验结果进行对比,以验证有限元模型的合理性;基于此开展15组单层两跨PSRCF在竖向轴力及水平荷载作用下的静力分析,得到框架的单调荷载 位移曲线,考察了荷载 位移曲线随主要参数的变化规律,给出结构体系的塑性铰出现顺序和两跨PSRCF在套建增层工程中的设计建议。结果表明:柱的轴压比和长细比是影响框架静力性能的主要因素,塑性铰依然按照强柱弱梁的顺序出现,两跨非规则框架结构体系设计是合理的,可为该类新型结构体系在地震区的推广应用奠定基础。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究

为研究双重体系钢框架-混凝土核心筒结构的框架设计地震剪力标准值,对20个钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了静力弹塑性分析。从承载力、结构失效模式和框架破损程度三个方面评价20个计算模型的抗震能力。根据推覆分析结果,提出了如下设计建议:8度抗震设防时钢框架-混凝土核心筒结构的刚度特征值λ大于0.65,各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力),框架角柱轴压比不大于0.5。算例表明,符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构,在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。