可恢复功能防震结构研究进展

对于可恢复功能防震理念,要求结构在保护生命的前提下,能够在震后快速恢复使用功能,尽量减少对正常生活和生产的影响。依据该理念,作为可恢复功能城市的基本组成部分,可恢复功能防震结构合理应用摇摆、自复位、可更换和耗能等四种机制,将损伤集中于可更换的耗能构件或部件,从而保护主体结构,使其无损伤或可快速修复。因此,结构功能可在震后及时恢复。利用这些机制,可恢复功能防震结构在材料、构件和体系三个层次具有不同的实现方案,包括摇摆结构、自复位结构、可更换构件/部件结构和复合自复位结构。基于可恢复功能的设计和评估方法,采用恢复时间、经济损失等更加直接的指标,为这一新型结构体系的应用奠定基础。目前,应提出更多的可恢复功能防震结构新体系,而进一步研究该类结构的关键构造和动力特性,提出切实可行的设计方法并形成统一的设计规范,应成为进一步研究的重点。     

自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件受力分析

基于薄钢板剪力墙在目标位移下充分屈服并形成拉力带,对绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件（中梁和顶梁）进行受力分析。分别对水平边缘构件在钢绞线预应力和薄钢板剪力墙拉力带作用下的受力进行分析,推导了钢绞线在目标位移下的拉伸预应力计算公式;基于薄钢板剪力墙极限破坏形态,研究了薄钢板剪力墙拉力带产生的水平边缘构件端部的轴力和剪力;提出了水平边缘构件的弯矩、剪力及轴力计算公式,明确了水平边缘构件的内力分布。结果表明:水平边缘构件内力公式计算值与有限元分析值吻合较好,可为水平边缘构件的设计提供参考。     

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点的理论分析

为减少钢筋混凝土框架在地震作用下的残余变形和损伤,提出一种新型的腹板摩擦式自定心预应力混凝土梁柱节点。其中,预制的钢筋混凝土梁柱通过无黏结预应力钢绞线进行拼接。当梁端弯矩超过节点的临界张开弯矩,梁柱接触面张开;震后,接触面在预应力的作用下重新闭合。梁柱的接触部位分别预埋钢套和钢板,以避免梁柱相对转动时混凝土的压碎。在梁端钢套的腹板处设置摩擦耗能件,从而可以在梁柱相对转动时耗散地震能。介绍腹板摩擦式自定心预应力混凝土梁柱节点的基本构造和受力特点,对梁端轴力、剪力、弯矩以及梁柱接触面张开后转动刚度的表达式进行推导,建立起梁端弯矩-相对转角关系的理论分析模型,并得到节点耗能系数和等效黏滞阻尼比的计算公式。理论分析结果与试验值吻合较好,为腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架的设计提供了依据和参考。     

Computational studies on the seismic response of the State Route 99 bridge in Seattle with SMA/ECC plastic hinges

This paper reports a computational study on the seismic response of a three-span highway bridge system incorporating conventional and novel substructure details for improved seismic performance. The bridge has three continuous spans supported by two single-column piers and integral abutments founded on drilled shafts. It will be the first full-scale highway bridge to use superelastic shape memory alloy bars (SMA) and engineered cementitious composite (ECC) to mitigate column plastic hinge damage and minimize residual displacements after a strong earthquake. A three-dimensional computational model capturing the nonlinear constitutive response of the novel materials and the effects of dynamic soil-structure interaction was developed to assess the seismic response of the bridge in finite-element software OpenSees. Two versions of the same bridge were analyzed and compared, one with conventional cast-in-place reinforced concrete columns, and the other with top plastic hinges incorporating Nickel-Titanium (NiTi) SMA reinforcing bars and ECC. The novel SMA/ECC plastic hinges were found to substantially reduce damage and post-earthquake residual displacements in the bridge substructure, but led to larger maximum drifts relative to the bridge with conventional reinforced concrete plastic hinges. The analysis results suggested that the novel plastic hinges could lead to improved post-earthquake serviceability of bridges after intense earthquakes.     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形，提高震后快速恢复能力。将自复位体系与胶合木框架结构相结合，是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一。为此，提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法，并对自复位结构(self-centering structure)进行抗震性能评估。通过对两种构造的自复位节点（无耗能件节点和带特制角钢耗能件节点）进行拟静力试验。依据试验结果提出节点设计流程，并以一栋三层自复位胶合木框架结构为算例，采用OpenSees建立了算例的简化数值模型。对算例进行了两方面的抗震性能评估，一方面通过弹塑性动力时程分析，验证结构设计流程的可行性；另一方面，进行最大层间位移角与残余层间位移角的地震易损性分析。易损性分析结果表明，相比传统胶合木框架结构，依据所提流程设计的自复位胶合木框架结构，可以显著减小结构残余变形。     

SMA自复位体系非线性反应谱

总结了国内外非线性反应谱的发展历程及现状,介绍了形状记忆合金(SMA)材料及其自复位体系的应用技术,简要回顾了非线性反应谱分析的基本理论。通过遗传算法选取典型的地震动记录,针对SMA自复位体系特殊的旗形滞回曲线,设计合理的分析工况,通过大量数值模拟分析得到非线性反应的精确结果。在此基础上采用最小二乘法回归得到旗形非线性设计反应谱模型参数,最后将模型计算曲线与精确解进行比较,二者吻合程度较好,表明回归的模型较为可靠,可为具有相似滞回特性自复位结构的非线性设计提供帮助。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形,提高震后快速恢复能力.将自复位体系与胶合木框架结构相结合,是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一.为此,提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法,并对自复位结构(self-centering struct...     

带耗能钢板的自复位方钢管混凝土框架抗震性能研究

为了减小"梁增长"现象对自复位框架的影响,提出一种自复位方钢管混凝土框架,该框架由钢管混凝土柱、钢梁及带耗能钢板的自复位梁柱节点组成。对3榀1/3比例的自复位方钢管混凝土框架进行低周往复荷载试验,研究其自复位性能和抗震性能。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并验证了有限元模型的准确性,同时构建足尺模型研究了钢绞线初始预拉力和耗能钢板耗能段截面积对自复位框架性能的影响。结果表明:加载至2%层间位移角时,自复位框架表现出较好的自复位能力和耗能能力;增大钢绞线初始预拉力,结构承载能力与耗能能力增强,自复位能力先增强后减弱;增大耗能钢板耗能段截面积,结构的承载力随之增大,残余变形亦增大,自复位能力减弱。     

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚抗震性能试验研究

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚是一种便于钢绞线张拉和耗能部件更换的自复位柱脚节点。根据钢绞线与防屈曲钢板(BRS板)布置方式的不同,将自复位柱脚分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,以适应平面和空间复位模式。通过3个3/4比例的Ⅰ型自复位柱脚的低周往复荷载试验,研究初始预应力、轴压比对柱脚承载能力、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明:在竖向荷载和水平往复荷载的共同作用下,外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的滞回曲线为典型的"双旗帜"形,该柱脚具有良好的自复位能力和耗能能力;加载至4%侧移角时,柱和钢绞线仍保持弹性,仅BRS板进入塑性状态,因此通过更换BRS板可以实现震后的快速修复;增大轴压比和钢绞线初始预应力,可有效提高柱脚的承载力,增大自复位能力,变形能力和耗能能力减小。所提出的自复位柱脚弯矩计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。