消能支撑加固底部框架砌体房屋的弹塑性地震反应分析

本文采用弹塑性时程分析方法,对底部框架多层砌体房屋在不同烈度罕遇地震作用下进行了抗震性能评估;研究了在底部框架内增设消能外包混凝土无粘结钢支撑对房屋抗震性能的影响;对增设消能支撑加固方案和增设抗震墙加固方案进行了对比分析。分析结果表明,在底层框架砌体房屋的底层增设消能支撑可显著降低底层框架的最大层间位移,控制结构的塑性损伤,提高结构的抗震性能。增设消能支撑加固方案与增设抗震墙加固方案相比,结构加固更合理、更易实施。     

7度区底部局部框架-砌体房屋抗震性能分析

我国7度抗震设防区中小城镇存在大量底部局部框架-砌体房屋,其底部局部RC框架+砌体抗震墙的布置形式不符合《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)对7度区底部框架-抗震墙房屋的要求,考察其震害、刚度比及抗震性能有助于指导工程设计。分析了底部局部框架-砌体房屋的震害;设计了5个算例,包括2个底部局部框架-砌体房屋、1个砌体房屋及2个底部框架-RC抗震墙砌体房屋,对比分析了各算例在7度多遇地震下的弹性及罕遇地震下的弹塑性地震反应,考察了层间位移角、应变、耗能等指标。对比分析表明底部局部单排柱框架-砌体房屋,其刚度比、弹性及弹塑性地震反应与砌体房屋接近;底部局部双排柱框架-砌体房屋刚度比、弹性、弹塑性地震反应均大于砌体结构,但小于底部框架-RC抗震墙砌体房屋,其弹性、弹塑性地震反应均满足抗震规范中底部框架-抗震墙砌体房屋的相关设计要求。     

钢框架-组合钢板墙核心筒结构的抗震性能分析

组合钢板墙是一种适用于高层建筑的新型抗侧力构件。对钢框架-组合钢板墙核心筒结构在多遇地震和罕遇地震下的抗震性能进行分析,研究结构在罕遇地震作用下的破坏顺序和破坏模式,并与基本自振周期相近的钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能进行对比,以考查组合钢板墙对钢框架-核心筒结构抗震性能的影响。分析结果表明,在多遇地震作用下,钢框架-组合钢板墙筒体结构和钢框架-钢筋混凝土筒体结构的抗震性能相差不大;在罕遇地震作用下,钢筋混凝土核心筒很快发生塑性损伤,随即刚度严重退化,而组合钢板剪力墙中的钢板先屈服,可以减缓核心筒的刚度退化,提高核心筒的延性,从而改善钢框架-核心筒结构的抗震性能。     

屈曲约束支撑在底部框架-抗震墙砌体结构抗震加固中的应用研究北大核心CSCD

底部框架-抗震墙砌体结构(底框结构)底层钢筋混凝土框架与上部砌体墙之间刚度差异较大,底层钢筋混凝土框架在地震中易发生破坏。针对底框结构抗震性能较差的缺点,采用屈曲约束支撑对某幢底框结构房屋进行抗震加固,建立设置屈曲约束支撑的底框结构计算模型,应用反应谱及时程分析方法对该结构进行计算分析。结果表明,设置屈曲约束支撑能够有效减小底框结构刚度差异,降低结构地震响应,提高底框结构抗震性能;采用屈曲约束支撑加固方案具有施工简单、周期短等优点,可供底框结构抗震加固时参考使用。     

钢管混凝土剪力墙-板结构振动台试验研究

为研究钢管混凝土剪力墙-板结构体系的抗震性能,对一个比例为1∶8的结构缩尺模型进行模拟地震振动台试验,得到试验模型在4个不同强度水平地震作用下的损伤和位移等宏观地震反应。试验结果表明:结构在多遇地震作用下表现出较大的抗震刚度,在罕遇、极罕遇地震作用下弹塑性发展充分,表现出良好的抗震延性,满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防标准;钢管混凝土剪力墙构件在试验过程中未发现损坏,是结构良好延性的保证;板-墙连接节点是结构抗震的薄弱部位。在试验基础上,分别建立新型板-墙结构和传统板-墙结构两个分析模型,进行数值模拟分析对比。结果显示新型板-墙结构在地震作用下刚度退化更慢,极限承载力更高,延性发展充分,具有更好的抗震性能。     

屈曲约束支撑在底部框架-抗震墙砌体结构抗震加固中的应用研究

底部框架-抗震墙砌体结构(底框结构)底层钢筋混凝土框架与上部砌体墙之间刚度差异较大,底层钢筋混凝土框架在地震中易发生破坏。针对底框结构抗震性能较差的缺点,采用屈曲约束支撑对某幢底框结构房屋进行抗震加固,建立设置屈曲约束支撑的底框结构计算模型,应用反应谱及时程分析方法对该结构进行计算分析。结果表明,设置屈曲约束支撑能够有效减小底框结构刚度差异,降低结构地震响应,提高底框结构抗震性能;采用屈曲约束支撑加固方案具有施工简单、周期短等优点,可供底框结构抗震加固时参考使用。     

基于性能的带边框板柱-剪力墙结构抗震设计

板柱-剪力墙结构属抗震性能相对不利的结构体系,我国现行的抗震设计规范要求板柱-剪力墙结构周边应设置有梁框架。结合一栋5层带边框板柱-剪力墙结构的实际工程,采用抗震性能化设计方法,进行罕遇地震下的有限元非线性分析,讨论结构在多遇及罕遇地震作用下的响应,绘制结构层间位移的变化曲线,分析塑性铰的分布情况。结果表明,适当加强边框框架侧向刚度后可以有效地提高结构的抗震性能,有效降低抗震墙承担的地震水平作用,弹塑性位移角满足规范要求,出现的塑性铰都在可修复范围,结构安全可靠。     

框架-阻尼框筒结构体系在超高层建筑中的应用研究

在框架-核心筒结构体系的基础上,提出了一种新型结构体系"框架-阻尼框筒结构体系"。对某200m高、采用框架-阻尼框筒结构体系的超高层建筑进行了多遇地震下的设计,通过周期和层间位移角对比,得出钢板阻尼墙在多遇地震下可以提供所需刚度。进一步对该结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,通过对基底剪力下降程度、顶部位移对比、层间位移角、框架损伤、钢板阻尼墙耗能和有害层间变形进行分析,表明钢板阻尼墙在罕遇地震下能够充分耗能,降低结构响应,保护框架构件。最后,研究了钢板阻尼墙屈服位移对结构层间变形和钢板阻尼墙耗能占比的影响。初步论证了框架-阻尼框筒结构体系可应用于200m左右的超高层建筑中,合理设计下具有优异的抗震性能,为超高层建筑的结构体系选择提供了一种新的方案。     

某框架-核心筒超限高层结构抗震分析及设计

某商业综合体项目的 42层公寓式酒店采用框架-核心筒结构体系,工程设计时选用SATWE、PMSAP、ETABS程序进行了多遇地震、设防地震以及罕遇地震作用下的抗震分析和性能化设计,解决了扭转不规则、楼板局部不连续、竖向刚度突变的超限问题。计算结果表明,结构设计达到了预定的性能目标,满足了三水准抗震设防要求,本工程结构体系和构件具有较好的抗震性能和一定的安全储备。     

消能支撑在框架-抗震墙结构减震中的应用

以地处地震高烈度区的宿迁建设大厦为例,在传统的框架-抗震墙结构体系的基础上设置局部消能支撑,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化,分析结果表明,框架-抗震墙结构 局部消能减震支撑在多遇地震作用下的层间位移能满足<建筑抗震设计规范>要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能.同时合理的构造措施也为消能支撑发挥作用提供了可靠保证,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴.     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

汶川地震钢筋混凝土框架结构震害及对策

汶川大地震造成了部分钢筋混土框架结构的严重破坏和倒塌,震害包括结构的整体倒塌、部分倒塌、薄弱层倒塌、底层柱的柱顶和柱底的弯曲破坏、短柱的剪切破坏、框架梁端的弯曲破坏等等;此外原先抗震设计时不被注意的楼梯出现受拉破坏,有的甚至被拉断;填充墙是框架结构破坏严重的非结构构件。框架结构这些震害产生的原因多种多样,如实际地震影响烈度大大超过设计设防烈度、建筑的施工质量问题、设计不合理（刚度突变,强梁弱柱）,等等。在对倒塌破坏的框架的震害进行深入分析后,本文提出了解决框架结构抗倒塌的方法：加强柱的抗震设计、适当布置抗震墙、采用隔震或消能减震技术。楼梯设计时应考虑地震下楼梯受力情况,采用刚性连接时,要求计算出楼梯地震效应,并进行配筋;楼梯一端与结构采用滑动连接时,可消除楼梯地震作用下的内力,设计时可不考虑地震影响;加强结构填充墙抗震性能,确保罕遇地震下不致倒塌伤人。     

保温砌模混凝土网格墙抗震性能试验研究

介绍了8片剪跨比为1.96～3.06的保温砌模混凝土网格墙和1片实体墙在轴力和往复水平力作用下的试验,以及3片网格墙的轴压试验。结果表明,剪跨比较大的保温砌模网格墙在轴力和往复水平力共同作用下,墙端纵筋受拉屈服,边缘混凝土压碎,墙的中下部连梁剪切破坏;破坏时裂缝较分散;极限位移角大于1/100,位移延性系数大于3;截面长的网格墙的弹性刚度、屈服时的割线刚度和正截面承载力大,墙端组合柱对提高刚度和正截面承载力有显著作用;一般层高的网格墙在重力荷载作用下不会发生平面外失稳破坏。有限元计算表明,网格墙在轴力和水平力作用下的正应力分布与实体墙总体上一致;可按现行规范有地震作用组合的剪力墙正截面承载力公式计算网格墙的承载力。工程算例表明,保温砌模现浇承重墙体系可以满足8度抗震设防的9层住宅承载力要求和抗震墙结构小震时的层间位移角要求。在研究的基础上,提出了保温砌模现浇承重墙体系的抗震设计建议。     

底部采用高性能纤维增强混凝土的RC剪力墙结构抗震性能分析

剪力墙结构底部采用高性能纤维增强混凝土材料（ECC）能够减轻底部剪力墙在地震中的损伤程度,提高结构震后可恢复性。为考察底部采用ECC材料后整体结构的抗震性能,以我国抗震设防烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.2g的高烈度抗震设防区RC剪力墙结构为对象,建立了高度、ECC设置高度和剪力墙整体性系数不同的结构模型,并进行有限元动力时程分析,考察底部采用ECC材料的剪力墙结构与普通RC剪力墙结构抗震性能的差别;分析剪力墙结构在罕遇地震作用下发生预期延性破坏模式时的弯矩需求。结果表明,对于位于设防烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.2g抗震设防区的剪力墙结构,将剪力墙底部采用ECC材料后,其在罕遇地震作用下能够耗散更多地震能量,剪力墙开裂的程度和概率明显减小;在剪力墙底部加强区第1~2层采用ECC材料后,ECC层及其相邻上层会发生弯曲破坏;底部加强区第1~3层剪力墙都采用ECC时,剪力墙屈服都集中在ECC层,在罕遇地震作用下ECC层以上剪力墙实现预设延性破坏模式的受弯需求不大于其受弯能力;建议25层以下的剪力墙结构在底部第1~3层范围内采用ECC材料。     

基于弯剪分离的塑性铰支墙抗震性能试验研究

钢筋混凝土剪力墙是框架-剪力墙结构体系重要的抗震构件,可以为结构提供较大的抗侧刚度,但是在实际震害中发现墙体底部易发生不可修复的损伤。针对这一问题,提出一种基于弯剪分离的剪力墙,旨在分别设计其抗弯与抗剪构件的基础上有效控制墙体的损伤,并通过选择合适的消能器作为其抗弯构件以增强耗能能力,进一步提高抗震性能。设计并制作了3个1/3缩尺剪力墙,进行拟静力试验,其中1个为普通钢筋混凝土剪力墙,另外2个分别为采用金属型消能器和摩擦型消能器作为抗弯构件的塑性铰支墙。试验结果表明：以不同消能器作为抗弯构件的塑性铰支墙的受力性能主要由消能器控制,具有明确简单的力学模型;消能器屈服后集中产生塑性变形,拥有良好的损伤控制能力和滞回耗能能力,且震后易于对消能器进行快速修复和更换,实现“震后可恢复”的目的。     

设防烈度8度(0.3g)区RC剪力墙结构抗震能力需求分析

实现RC剪力墙结构预期强震破坏模式的能力设计方法的不断改进,一直为工程师所关注。针对我国抗震设防烈度8度0.3g高烈度区RC剪力墙结构,设计了不同高度和整体性系数的结构模型,从而建立了预设延性破坏模式的分析模型。考虑大震变轴力对弯矩和剪力的影响,分析了剪力墙在大震作用的弯矩和剪力的实际需求沿结构高度的分布规律。结果表明,对于位于烈度8度0.3g区的剪力墙结构,考虑大震时轴力的变化对剪力墙受弯和受剪能力的需求影响较大;剪力墙的弯矩和剪力放大系数随结构的高度和整体性系数的增大而增大;现行规范规定的剪力墙受弯和受剪能力调整系数小于实际的需求,剪力墙中下部的弯矩和底部的剪力需求大,建议受弯能力调整沿高度采用三折线,提高剪力墙底部加强区的剪力放大系数或最小构造配筋率。     

填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的改进抗震设计方法

按现行抗震规范设计的底部空框架填充墙钢筋混凝土框架结构,可能无法实现“强柱弱梁”的预期延性破坏机制。为此,建立了填充墙与主体框架协同作用的等效斜撑-框架模型,改进等效单自由度体系阻尼比与刚度的确定方法,提出了填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法;针对底部为空框架的填充墙钢筋混凝土框架结构进行不同性能目标下的静力推覆分析,实现其“使用良好”、 “修复后使用”和“防止倒塌”性能水平的抗震设计。采用动力弹塑性时程分析方法和能力谱法验证了基于位移的改进抗震设计方法的有效性。分析表明,应用基于位移的改进抗震设计方法,可综合考虑填充墙对主体框架的利弊作用,实现结构性能抗震设计目标。     

基于性能的钢筋混凝土剪力墙受弯破坏变形限值的研究

为了确定钢筋混凝土剪力墙构件在不同性能状态下的变形能力,根据基于性能的抗震设计理论,结合20世纪70年代以来国内学者在钢筋混凝土剪力墙延性方面的试验研究结果,对120片以受弯破坏为主的钢筋混凝土剪力墙试件在不同性能状态下的延性性能进行分析,同时结合国内外规范中的相关规定,分别推导和拟合出剪力墙试件在各性能目标下截面曲率和塑性位移角的计算公式。同时根据地震超越概率分布特点得出适合GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》（2008年版）的、轴压比为0≤n≤0.4的剪力墙在各性能目标下塑性位移角限值,并与美国相关规范中对应的目标位移限值进行比较和分析,为我国基于性能的钢筋混凝土剪力墙抗震设计提供相关参考。     

Effect of unreinforced masonry infills on seismic performance of reinforced concrete frame-shear wall buildings

Reinforced concrete (RC) shear wall buildings with unreinforced masonry (URM) infilled moment frames are common in India and neighboring countries. This study assesses the influence of the URM infills on their seismic performance. Fully infilled, open first-storied, and bare frame versions of a 25-story shear wall building are considered. Multiple stripe analysis is conducted at five return periods to estimate their performance. Fragility functions for the collapse prevention limit state, which is based on seven engineering demand parameter exceedance thresholds, are generated and compared. The presence of infills (full or partial) is observed to have an overall positive effect on the performance of the RC frame-shear wall buildings. The performance of the open first-story building was comparable to that of the fully infilled building. The ratio of story shear carried by the moment frames and shear walls is studied at all return periods to understand the variation in frame shear wall interaction with increased damage for each building. In the case of buildings with infills, the frames carry a higher proportion of story shear at lower return periods. For all three buildings, the fraction of story shear carried by moment frames increases along the height of the building.