基于XFEM的强震区砼重力坝开裂与配筋抗震措施研究

已有震害表明,混凝土坝遭遇强烈地震将不可避免地产生开裂。扩展有限元法（XFEM）通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于扩展有限元模型,采用合理的地震波动模型对国内某混凝土重力坝强震下的动力破坏过程进行了分析;针对大坝破坏情况,应用嵌入式滑移模型模拟了混凝土重力坝配筋前后的地震响应和破坏状况,据此评价局部配筋的抗震效果。研究表明,局部配置抗震钢筋虽无法防止裂缝的发生,但可有效限制坝体裂缝的开裂扩展范围及深度,减少裂缝的开度,有效改善坝体的抗震性能。     

基于XFEM的砼重力坝强震破坏模式及抗震安全评价

扩展有限元法（XFEM）通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。采用XFEM对Koyna重力坝地震破坏过程进行了分析,结果表明大坝开裂破坏分布与Koyna大坝实际破坏情况及文献中的模型试验结果相符,验证了计算模型的有效性。将其应用到国内某混凝土重力坝,得到了强震作用下的动力响应及破坏模式,并据此评价大坝的抗震安全性及抗震超载潜能。研究表明,强震作用下,大坝首先在下游折坡出现裂缝并扩展至上游面形成贯穿性裂缝,同时在坝踵、上游坡度变化处也容易出现开裂破坏;该重力坝在设计地震作用下,尚有1.59~1.76倍的超载裕度,其抗震安全性能满足设计要求。     

单排配筋L形截面剪力墙振动台试验研究

为了解配筋形式对单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力影响,进行了2个单排配筋L形截面剪力墙模型的振动台试验,1个为普通单排配筋剪力墙,1个为带斜筋单排配筋剪力墙,2个剪力墙模型的总配筋量相同。通过在L形截面剪力墙的非工程轴方向输入El-Centro地震波,测试比较2个剪力墙模型在弹性、开裂及破坏阶段的动力特性、地震反应与破坏特征,分析不同配筋形式下L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力,结果表明,带斜筋与不带斜筋的单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向均有良好的抗震性能,能够满足低多层建筑结构的抗震设计要求。     

基于能量耗散碾压混凝土重力坝地震损伤分析

摘　要：采用塑性损伤力学对混凝土重力坝进行非线性动力分析,通过研究塑性损伤本构中滞回曲线的特点以及地震中重力坝裂缝发展特征和结构能量耗散机理,建立了包含能量特性的大坝整体损伤评价指标。通过分析发现强震作用下坝体上部的损伤是结构的主要损伤,地震中的能量以结构阻尼耗散能量为主,混凝土损伤和塑性耗散的能量所占比例不大,但与裂缝的发展有直接关系。提出的大坝整体损伤指标可以综合的反应结构的整体损伤程度,以此对结构进行抗震设计,可以提高结构的抗震性能。     

罕遇地震作用下水电站厂房上部结构破坏模式研究

为揭示水电站厂房结构在罕遇地震作用下的破坏模式与抗震安全储备,基于ABAQUS平台,采用混凝土损伤塑性模型描述厂房混凝土,并通过子程序编程实现粘弹性人工边界以模拟无限地基,将人工波加速度峰值调整为罕遇地震对应的0.331g,针对某水电站厂房结构开展了动力非线性时程分析。结果表明,罕遇地震作用下厂房结构的破坏模式具体表现为下游立柱严重开裂、上游立柱开裂、上游墙底部开裂以及下游立柱出现轻微压损伤,混凝土损伤状态、钢筋应力、层间位移角均表明厂房结构自身具有较高的抗震安全储备,整体破坏程度在“可修”的水平。但上下游墙在顺河向的不协调运动会导致屋顶网架动应力非常突出,网架存在垮塌的风险,水电站厂房的抗震设计中应该充分重视屋顶网架与上下游墙的连接方式。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型

为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。     

考虑多指标因素的重力坝抗震安全评价方法研究

采用振型分解反应谱法和时程法,得到了某碾压混凝土重力坝的线性、非线性地震响应。针对重力坝的结构特点,提出从坝体拉应力区分布、抗滑稳定性、材料强度、塑性区扩展及坝体需求能力比与超应力累积持时等方面综合评价大坝的抗震安全性能,为大坝的防震抗震工作提供参考。根据综合评价结果,初步认为在新的地震动校核参数作用下,该大坝结构可能受到低至中等破坏局部开裂,结果符合"设计可修复,校核不溃坝"这一抗震复核目标。     

钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能

针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。     

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁振动台阵试验研究

为了研究钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁的抗震性能,以干海子大桥为原型,设计制作了几何缩尺比例1∶8的两跨钢管混凝土组合桁梁-格构墩试验模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用实桥的设计地震波,进行了该轻型桥梁的基本动力特性试验、抗震性能试验及破坏特性研究。结果表明,模型实测频率和位移与实桥满足相似比关系;在横向或纵向地震作用下,桥墩格构式区域加速度放大效应明显,减小了主梁混凝土顶板的加速度响应;相同强度下,横桥向地震作用桥墩应变大于纵桥向地震作用,同时可以不考虑纵、横向地震力共同作用。在设计地震动作用下,墩顶位移满足位移限值的规定;模型未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁具有良好的抗震性能。     

型钢高强高性能混凝土框架柱地震损伤分析

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土构件的损伤,总结和分析了已有地震损伤模型存在的不足,基于低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架柱的损伤试验研究结果,对框架柱的地震损伤特性进行了分析。通过合理地考虑循环次数对构件极限抵御能力(极限耗能和变形能力)的影响以及加载路径对损伤的影响,建立了能够全面反映水平地震作用下构件力学特性变化的基于变形和能量组合的非线性双参数损伤模型。对损伤模型中相应的参数进行了讨论和分析,并给出了其具体定义和表达式。结合试验结果,对损伤模型的有效性进行了验证。研究结果表明,该模型能够较好地描述型钢高强高性能混凝土框架柱的地震损伤演化过程与程度,且理论上更为合理。研究结果为该类结构构件的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供了理论依据。     

带斜筋单排配筋低矮剪力墙的抗震性能

为替代粘土砖砌体结构,适应建筑节能发展需求,研发墙体薄、造价低、施工简便、易于推广且抗震性能良好的带斜筋单排配筋混凝土剪力墙多层节能住宅结构。剪力墙中设置斜筋,可提高其抗剪能力并防止基底剪切滑移,有效改善其抗震耗能能力。进行4个一字形截面低矮混凝土剪力墙的低周反复荷载试验,研究不同轴压比下,带斜筋单排配筋低矮混凝土剪力墙的抗震性能,并与不带斜筋的单排配筋混凝土剪力墙进行比较,分析其破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度和耗能能力。在试验研究基础上,建立其承载力简化计算模型。研究表明:带斜筋单排配筋混凝土低矮剪力墙的抗震性能优于普通单排配筋混凝土剪力墙,能较好地满足抗震设计要求。     

超高层钢-混凝土混合结构地震损伤模型研究

以型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构为研究对象,考虑不同类型构件在某典型超高层钢-混凝土混合结构中的地震损伤分布特点及损伤演化规律,建立了考虑不同类型构件重要性的钢-混凝土混合结构楼层地震损伤模型,并基于提出的楼层地震损伤模型,选取了位置权重系数和损伤值权重系数二者组合的形式,建立了能够反映钢-混凝土混合结构楼层损伤分布规律的整体结构损伤模型。并通过PERFORM-3D软件对一钢-混凝土混合结构进行了非线性地震反应计算,分析了该结构在地震作用下的损伤分布规律和损伤发展情况,利用本文提出的地震损伤模型对结构各层次的地震损伤指标进行了计算,验证了该损伤模型的合理性。     

框架式曲线梁桥铰接构造地震反应研究分析

该文针对框架式曲线梁桥铰接构造的地震反应进行分析研究,以美国强震带的一实际桥梁为例,通过OpenSees平台建立全桥三维模型并精细模拟铰接点的咬合构造和限位装置,采用时程分析获得铰接构造内的易损伤位置、损伤过程及地震激励角度对铰接点地震反应的影响。研究结果表明:框架式曲线梁桥铰接构造内的纵向限位钢筋,横向受压支撑垫是抗震薄弱构件;铰接构造内纵向限位钢筋的锚固区混凝土以及咬合位置受拉区混凝土在地震中容易产生开裂破坏;非对称框架式曲线梁桥不同铰接点地震反应相差很大,墩高对称布置会令该差值减小;纵桥向地震激励下,铰接点纵向限位装置损伤较大,咬合区域竖向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处横向限位装置的损伤程度;横桥向地震激励下,铰接点横向限位装置损伤较大,咬合区域横向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处纵向限位装置的损伤程度。     

混凝土重力坝随机地震动力响应分析

本文将地震地面运动模拟为高斯平稳随机过程，以某实际工程混凝土重力坝为例，运用随机振动理论进行了重力坝随机地震动力分析，分析了重力坝随机动位移及动力响应加速度的分布规律，为应用随机振动理论进行重力坝抗震研究进行了有益的探索。     

大跨预应力结构抗震试验研究

大跨预应力结构的整体抗震性能是预应力研究的一个重要课题，本文针对一个缩比为１：１５，后张法施工，九层大跨预应力混凝土梁整体模型结构，就其在模拟地震作用下的振动特性，加速度反应，位移反应等抗震性能进行了试验研究，研究结果表明，大跨预应力结构在地震作用下具有较好的抗开裂性能，但分析中应当充分注意竖向地震作用的影响。     

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型EI北大核心CSCD

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。     

基于位移的重力坝地震易损性分析方法EI北大核心CSCD

针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题,提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标,合理选取输入地震波,采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性,提出了震害等级的五级划分标准。结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法,建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法,可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率,为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。     

基于材料损伤的水电站厂房上部结构地震易损性分析

水电站厂房上部钢筋混凝土框架-剪力墙结构在地震中易遭受破坏,基于材料损伤提出了上部结构抗震性能的评估方法,并采用有限元方法和增量动力分析法对厂房上部结构的地震易损性进行了分析。结果表明:水电站厂房上部结构主要的震损为墙柱的开裂以及混凝土保护层的剥落,核心区混凝土的压损伤较小,厂房上部结构具有较高的抗震安全储备,发生严重破坏甚至倒塌的概率很小;通过材料损伤可以方便地判断构件的开裂、压碎等状态,进而判断构件破坏程度;在结构无损伤或者损伤很小时,采用层间位移角或者基于材料损伤判断得到的结构易损性差别较小,在损伤程度较大时,层间位移角易出现偏差;采用材料损伤来判断结构的损伤状态是可行的,与层间位移角相比更为直接,适用性更广。     

基于位移的重力坝地震易损性分析方法

针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题,提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标,合理选取输入地震波,采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性,提出了震害等级的五级划分标准。结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法,建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法,可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率,为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。     

直接基于位移的预应力混凝土框架结构抗震设计方法

通过对传统直接基于位移的抗震设计方法中等效单自由度体系的等效刚度计算方法的改进,减少了影响等效刚度计算结果准确性的不确定因素,并将其应用于直接基于位移的预应力混凝土框架结构的抗震设计,提高了设计方法的有效性。该文根据是否考虑裂缝控制和强柱弱梁要求,采用上述设计方法设计了四种不同配筋的预应力混凝土框架,其静力弹塑性分析结果表明性能点结构位移均满足性态目标的要求,设计方法是有效的。同时,预应力框架结构的裂缝控制、预应力度、柱的配筋方式、强柱弱梁及其他抗震构造要求等将造成在设计需求地震作用下框架结构的承载力严重超强,并导致性能点的位移不同程度小于目标位移。