在役钢结构基于损伤模型的地震易损性分析

基于已有钢材力学性能及钢材厚度锈蚀规律,对4个不同服役时间(0年、15年、30年、45年)的钢框架结构以峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构整体损伤作为地震需求指标,对结构进行增量动力时程分析(IDA),对分析结果进行对数线性拟合,分别建立离散的地震易损性曲线,同时建立连续的地震易损性曲线。以一个15层3跨钢框架为例,建立有限元模型并对结构进行IDA分析,同时建立不同服役时间地震易损性曲线。研究成果可为结构的全寿命设计、既有结构的运营以及地震风险评估等提供理论依据。     

酸性大气环境下锈蚀钢框架柱双参数地震损伤模型研究

基于12榀酸性大气环境下锈蚀钢框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析其损伤演变特性。充分考虑加载制度、加载路径、循环次数对锈蚀钢框架柱抗震性能的影响,提出了适用于酸性大气环境下锈蚀钢框架柱的双参数地震损伤模型,该模型可以体现出锈蚀钢框架柱的塑性变形损伤及累积损伤。利用部分试验结果,拟合得到损伤模型中的试验常数与轴压比、失重率之间的关系式。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:该模型可以较为合理地描述酸性大气环境下锈蚀钢框架柱地震损伤的产生及其演化过程。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

基于结构整体损伤指标的钢框架地震易损性研究

以9层梁柱焊接钢框架为例,选取20条满足场地条件的地震波,对结构进行动力增量时程分析(IDA),对比分别以层间位移角和能量耗散作为结构整体损伤指标评判的结构损伤程度,发现仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构抗倒塌能力,而仅以能量耗散作为结构整体损伤指标则无法判别结构失效模式。为避免单一结构整体损伤指标的缺点,能够同时考虑整体结构的首超破坏与累积损伤,提出了一个基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型,定义结构4种极限破坏状态,对比层间位移角、能量耗散与建立的结构整体损伤模型的结构损伤曲线与易损性曲线。结果显示,基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型能够更加合理的描述结构的损伤程度。     

考虑局部构造形式影响的焊接节点抗震性能分析

钢结构梁柱节点的局部构造形式对结构抗震性能影响显著,该文研究已有焊接节点构造形式的优缺点,依据等强设计原则,提出新型的节点构造形式。采用有限元软件ANSYS建立非线性有限元模型,考虑构件局部屈曲,对节点施加初始缺陷,并依据已有的钢框架焊接节点试验验证所建立有限元模型的准确性和适用性。对新型节点与标准节点、加强型节点和削弱型节点在承载力、断裂性能、滞回性能、退化特性、破坏形态以及累积损伤等方面进行对比分析,深入探讨新型构造形式节点的抗震性能。分析结果表明：新型节点在不改变节点刚度的情况下,能够实现塑性铰外移,且节点破坏形态与断裂性能滞回性能稳定,在断裂性能与累积损伤方面表现良好。