Multihazard fragility assessment of steel‐concrete composite frame structures with buckling‐restrained braces subjected to combined earthquake and wind

Engineering structures may inevitably be subjected to multiple natural hazards (such as earthquakes and winds) during their life cycles. This paper presents an efficient multihazard fragility methodology based on the structural demand models. The approach is applied to two steel‐concrete composite frame structures (SCCFSs), with and without buckling‐restrained braces (BRBs), aiming to evaluate the effect of BRBs on controlling the structural responses and fragilities under the combined earthquake and wind loads. In total, 120 earthquake records are selected, and 120 sets of wind drag force time histories are simulated by considering the spatial variation along the height of the exemplar building. The combined “earthquake–wind” events are stochastically assembled, in which the intensities of these two hazards are modeled using the Monte Carlo simulation. The OpenSees platform is employed to calculate the dynamic responses of the SCCFSs with and without BRBs under simultaneous earthquake and wind loads. The goodness of fits of the first‐, second‐, and third‐order polynomial in predicting the structural demand are evaluated, and the optimal polynomial is employed to generate the multihazard fragility surfaces at different damage states. The numerical results indicate that the structural responses and fragilities under the combined earthquake and wind are higher than those under an individual hazard, while the influencing extent varies with the relative intensities of these two hazards. The impact of multiple hazards and the control effect of BRBs on the structural responses and fragilities are systematically quantified and discussed in details.     

带支撑胶合木框架抗震性能试验研究

针对胶合木框架侧向位移不易满足抗震要求这一问题,研究了增设人字形胶合木支撑和铝合金屈曲约束支撑的带支撑胶合木框架的抗震性能。对纯胶合木梁柱框架和3个增设支撑胶合木框架进行了低周反复加载试验,分析了4个胶合木框架试件的水平承载力、耗能能力、刚度退化、转角变形和木支撑应变。结果表明:增设人字形木支撑和铝合金屈曲约束支撑均可以显著提高胶合木框架的承载力、耗能能力和刚度;支撑端部连接形式对胶合木框架的抗震性能有一定影响;增设支撑的3个胶合木框架试件均在支撑或支撑连接处发生破坏,胶合木框架主体并未发生明显损伤,两类支撑均很好地起到了第一道抗震防线的作用,保证了主体框架的安全。胶合木框架数值模拟和木支撑截面尺寸参数分析结果表明,经柱截面尺寸修正后的有限元模型针对框架抗侧刚度和承载力具有较好的预测精度。     

脱层材料与槽接式挫屈束制支撑的性能研究

挫屈束制支撑耐震性能优劣与否与脱层材料性能有密切关系,首先提出了一种估算脱层不完全因子的方法,利用4组分别使用不同脱层材料的挫屈束制支撑进行构件试验;研究结果表明以黏性橡胶作为脱层材料具有可靠性、经济性与优良的施工性。特别介绍了地震工程研究中心近期所研发的槽接式挫屈束制支撑,并通过3组实尺寸构件试验验证了其耐震性能;测试构件包含一组长度为12.5m,最大抗压强度超过16800kN,核心消能段应变量达3.5%的构件。试验结果表明,新研发的槽接式挫屈束制支撑经济效益极高,迟滞消能行为良好稳定,具有优良的耐震性能,各组试体于试验停止前所累积的总非线性变形量皆超过400倍斜撑屈曲位移量;研究亦显示,非线性结构分析软件PISA3D可准确预测其受力与变形反应。     

新型屈曲约束斜撑(RBRB)元件测试与模拟

70年代许多专家学者提出屈曲约束斜撑(Buckling Restrained Brace,BRB),成功地解决了斜撑系统在地震过程中容易屈服的缺点,同时能提供良好的消能机制。不过传统屈曲约束斜撑由于加工程序相当复杂,同时约束单元间所填充之混凝土需经过长时间的养护以达所需强度,以及材料间的界面问题,因此整体制作过程相当耗时且精度无法控制。因此,本研究中我们提出新型屈曲约束斜撑,此种斜撑仅需经由简单的切割及焊接技术即可组装完成,因此制作过程相当迅速且精度较易掌握,同时经由组件测试结果显示,新型屈曲约束斜撑拥有相当稳定之迟滞行为,同时本研究中利用增量型文氏模式进行新型屈曲约束斜撑迟滞行为的模拟,由实验及模拟结果的比较可知,增量型文氏模式能够准确地模拟新型屈曲约束斜撑在反复荷载作用下的行为。     

混凝土早期徐变对开裂敏感性的影响

混凝土的开裂敏感度主要是由早期应力发展决定,早期徐变是影响由自生收缩与温度变形引起的混凝土约束应力发展的重要因素。研究了约束条件下混凝土的早期徐变松弛性质,以及应力松弛对混凝土早期开裂敏感性的影响。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。     

混凝土环形试件早期收缩试验方法详述

混凝土的收缩问题是当今高性能混凝土收缩研究的热点问题之一。环形试件收缩试验方法是一种新的、比较简单的混凝土收缩测试方法,详细讨论了试验装置、试验方法、试验原理及可行性。新的试验方法能够用来研究高性能混凝土的自由收缩和不同约束状态下的收缩,克服了传统环形约束试验方法不能提供应力谱的缺点,具有轴向约束收缩试验的某些特点。     

销钉式防屈曲支撑性能试验研究

防屈曲耗能支撵(BRB)作为一种新型的支撑构件,具有良好的耗能减震作用,目前已广泛应用于一些实际工程.本文提出了一种新型防屈曲支撑——销钉式防屈曲支撑,该支撑耗能部分由全钢一字型内核和销钉组成,其特点在于构造简单、初始刚度高,小变形时起普通支撑作用,大变形时起耗能作用,比较适用于层间变形较小的混凝土等结构.制作了全钢、摩擦、钢铅组合和销钉式防屈曲支撑,通过拟静力试验,对比研究了4种防屈曲支撑的性能.结果表明:销钉式防屈曲支撑荷载-位移滞回曲线饱满,初始刚度较全钢防屈曲支撑提高将近80％,在较小变形时提供较大的初始刚度,在大变形时销钉断裂使防屈曲支撑进入屈服耗能状态.     

屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

消能减震技术能有效地提高装配式混凝土结构的整体抗震性能,改善其破坏模式。然而,目前对屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构尚缺乏试验研究。为了获悉屈曲约束支撑装配式混凝土框架的抗震性能和破坏机理,文章进行3榀屈曲约束支撑装配式混凝土框架和1榀现浇混凝土框架的低周反复荷载试验。研究了地震作用下采用整体式和暗牛腿式预制混凝土梁柱节点的屈曲约束支撑装配式混凝土框架抗震性能,观察和记录试验现象和破坏特征,对各试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力、骨架曲线和延性系数等进行对比分析。试验结果表明：屈曲约束支撑装配式混凝土框架具有良好的耗能能力和延性,能量耗散系数E=1.464?1.759,延性系数?=3.02~3.61,屈曲约束支撑可以有效地提高装配式混凝土框架的抗震性能,改善其失效模式;研发的支撑与梁柱连接节点的连接构造可以有效地实现屈曲约束支撑与装配式混凝土框架在地震作用下的协同受力。文中研究成果将为屈曲约束支撑在多高层装配式混凝土结构中的设计和应用提供科学依据。     

间歇浇筑板式混凝土的早期约束收缩效应分析

以桥梁高性能混凝土为研究对象,测试老混凝土约束下新混凝土板的收缩变形。通过试验分析界面粗糙度对其影响,并考察混凝土内部早期温、湿度变化与收缩应变的关系,分析养护时间对混凝土材料收缩应力的影响。结果表明:老混凝土约束下的新混凝土厚度随新老混凝土黏结界面粗糙度的提高而增大,新混凝土内部拉应力随界面粗糙度的提高而降低,但新、老混凝土界面粗糙度对黏结面处的收缩影响不显著;距黏结面越近的截面收缩应变越小,在黏结面处达到最小,表现出显著的不均匀性,并随龄期逐渐增大。延长养护时间可减小混凝土收缩变形和内部由于不均匀收缩导致的拉应力,降低混凝土板早期开裂的风险。