钢框架结构地震响应与破坏过程的耐震时程分析

耐震时程法(ETM)是一种基于动力时程的结构抗震分析方法,其典型表征在于随着持续时间的增加,地震动强度逐渐增大。本文合成了基于中国抗震反应谱的耐震时程曲线,并以此作为输入,对一个8层3跨钢框架结构的抗震性能进行了分析和评估。采用增量动力分析方法(IDA)对结构在不同耐震持时下的整体响应进行了评估;以大震下天然地震动分析结果为标准,对比了结构在耐震时程曲线(ETA)作用下的塑性铰分布概率、形成顺序和延性分布。研究结果表明:耐震时程法能较好地预测钢框架结构的非线性动力响应及破坏过程,且分析次数少,这为钢框架结构的抗震性能快速分析与评估提供了一种新的手段。     

近场地震下已建钢筋混凝土框架结构抗震性能分析

选取前方向效应近场地震波、滑冲效应近场地震波和远场地震波,对按《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)设计的4层钢筋混凝土框架结构进行了弹塑性时程分析。结果表明:前方向效应近场地震动和滑冲效应近场地震动对结构反应有很强的放大作用,当结构为弹性时对基底剪力影响较大,进入塑性后,对位移的影响更显著。综合弹塑性时程分析和Pushover分析两种方法对结构的抗震性能进行了评估,发现结构在小震下的整体变形超出了我国现有规范的限值,而在大震时发生了倒塌,从而从计算的角度解释了汶川地震中那部分20世纪80年代建造的结构倒塌的原因。     

宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,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,消能减震支撑框架结构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,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

框架结构房屋地震灾害风险评估

如何预测地震作用下建筑物的损伤风险,一直是地震工程和生命线工程领域的一个关键而不易解决的问题.利用大型有限元分析软件对上海浦东某医院框架结构进行了多地震非线性动力时程分析;针对延性破坏指标和强度破坏指标,计算了不同地震烈度下建筑物震害的严重程度,及5种破坏状态的发生概率,给出了震害率曲线.通过曲线,预测了类似建筑的震害,为城市抗震防灾政策的制定提供了依据.     

桩‑土相互作用下的桥梁高墩地震易损性复合参数分析∗

为更准确地预估桥梁高墩在地震作用下的损伤情况以及桩?土相互作用对高墩地震易损性的影响，以考虑高阶振型贡献的复合参数作为地震动强度参数，以综合位移延性比和弹塑性耗能差率的复合指标作为高墩的损伤指标，建立了墩柱、承台及桩?土结构体系模型，基于增量动力分析方法对上述体系进行非线性动力时程分析，绘制基于复合指标的桩?土相互作用下的桥梁高墩地震易损性曲线。结果表明：以所选复合参数作为指标进行地震易损性分析，可有效评估高墩抗震性能和损伤状态；考虑桩?土相互作用可更准确捕捉地震作用下结构损伤概率变化情况； 桩?土相互作用对较强地震动作用更为敏感。可为较高烈度地区的高墩桥梁抗震设计施工提供参考。     

基于Pushover方法的打包带加固砌体结构抗震性能评估

我国砌体结构历史震害严重,为对打包带加固砌体结构的抗震性能进行分析,基于Pushover方法及Abaqus有限元软件,探索简单有效的抗震性能评估方法。首先,以两栋具有实际震害的砌体结构作为研究对象,运用Abaqus软件建立三维有限元模型,并进行Pushover分析,通过与实际震害及动力时程分析结果进行对比分析,验证了Pushover方法用于砌体结构抗震性能评估的可行性。然后,以其中一栋单层砌体结构为对象,进一步研究打包带加固对结构抗震性能的影响。结果表明:多遇地震和设防地震作用下,打包带加固后结构的层间位移角有所减小,打包带发挥了一定作用,但增强效果不够明显;然而,在罕遇地震作用下,打包带发挥了明显作用,结构的抗震性能有明显增强。作为一种简单、廉价、有效的抗震加固方法,打包带加固可以用于村镇砌体结构的抗震加固,特别是可以有效提高砌体结构的抗倒塌能力。     

粘滞阻尼支撑框架结构弹塑性时程分析

对阻尼支撑框架结构的弹塑性时程分析方法进行了探讨,给出了阻尼支撑的力学计算模型;对地震动的选用进行了分析,给出了地震动选取的初步建议。建立了两个三层的单榀粘滞阻尼支撑框架结构,利用IDARC 2D非线性分析软件进行了弹塑性时程分析,对框架弹塑性阶段的地震响应、塑性铰分布及结构损伤进行了对比研究,提出了阻尼支撑框架结构的设计要点,为实际工程提供设计依据。     

某耗能减震框肢剪力墙转换结构分析

采用复合型铅粘弹性阻尼器对带转换层框肢剪力墙结构的某酒店进行了耗能减震设计,对耗能减震结构和钢支撑结构进行了对比分析,包括反应谱和局部非线性多遇地震作用和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,底部框架结构布置复合型铅粘弹性阻尼器后,在多遇和罕遇地震情况下层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,并且采用耗能减震结构能优化整体结构,不会对转换层上部结构产生不利的影响,能更好地改善结构的抗震性能。     

四川地区抗弯钢框架结构基于性态的地震易损性分析

为研究四川地区抗弯钢框架结构在设防烈度提高情况下的地震易损性能,按上一代抗震规范设计了5层、10层、15层在四川地区建造的3个抗弯钢框架结构,考虑了钢材强度、弹性模量、层高及跨度等主要参数不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了3组40个抗弯钢框架结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的40条地震记录反映地震输入的不确定性,并分别同3组40个抗弯钢框架结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得3组40对抗弯钢框架结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的钢框架结构的性态水平,建立了以结构第1周期谱加速度SA表征的抗弯钢框架结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,评估了原地震水准及地震水准提高情况下钢框架结构的抗震性能。此外,还建立了对应于现行抗震规范规定的多遇及罕遇地震水准结构层间位移角限值水平下抗弯钢框架结构的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后震害预测提供参考。     

基于随机化Pushover的结构整体抗震可靠度参数分析

为了研究使用随机化Pushover方法进行RC框架结构整体抗震可靠度计算过程中相关参数的适应性,使用Matlab调用SAP2000编制出基于随机化Pushover的结构整体抗震可靠度程序,以一榀11层RC框架结构为例,通过该程序统计出不同参数下结构最大层间位移角的分布情况及整体失效概率,并以大样本实际地震波进行时程分析所统计出的相应结果为基准进行对比。结果表明,在常规参数设置下随机化Pushover方法统计出的最大层间位移角分布情况和结构整体失效概率与大样本时程分析结果有较大差异,然后提出了一种修正方式,有效地减小了两者的差异,并以某算例验证了该修正方式的适用性。     

多层钢框架结构的区域震害模拟多自由度模型∗

传统的易损性分析方法难以满足城市区域震害预测的需求。基于非线性多自由度层模型和动力时程分析的城市抗震弹塑性分析方法近年来得到快速发展。为了进一步丰富区域震害模拟的可模拟结构类型,基于城市抗震弹塑性分析方法的流程框架,建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型。通过统计规范中的公式参数和文献中的钢框架推覆结果,对模型的周期、阻尼比、骨架线参数和滞回曲线参数进行了标定,并根据文献和美国 HAZUS 报告给出了多层钢框架结构的损伤判别准则。最后,分别使用文献中的试验结果和文献中设计实例的推覆分析结果对模型进行了验证。结果表明:(1)建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型并进行了参数标定,为区域震害模拟提供了可用模型;(2)对多层钢框架结构的损伤判别准则进行了标定,可以根据区域震害模拟结果评价其破坏状态;(3)在考虑骨架线参数不确定性的情况下,模型精度满足区域震害模拟的要求。     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。     

RC框架结构地震倒塌风险近似评价方法的精度对比

增量动力分析方法(IDA)是目前评价RC框架结构抗地震倒塌能力最精确的方法,但是计算量大、耗时长,在工程实际中难于应用。现阶段已经提出了多种简化评价方法,可显著提高工作效率,便于工程人员应用,但是对其精度缺乏合理评价。本文介绍了三种常用的简化评估方法,基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法;基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法;基于抗倒塌能力谱法,用这三种方法计算了6个RC框架结构在罕遇地震下的CMR和倒塌率,并与其IDA计算结果进行对比,分析了三种简化评估方法的精度。结果表明三种简化计算方法中基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法精度最高,基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法和基于抗倒塌能力谱法计算更简单快捷。     

多类型地震动作用下高层结构的易损性分析

以低频成分为主的长周期地震动容易引起中、长周期结构的破坏,针对这类特殊的地震动,现行抗震规范没有相应的条文,且有关单独考虑长周期地震动作用下结构动力响应的研究成果很少。以一个30层框架剪力墙高层结构为例,利用Perform-3D三维有限元软件进行建模,选取10条远场长周期地震动、10条近场长周期地震动以及10条普通地震动,将最大层间位移角作为工程需求参数,S_a(T₁,5%)作为地震强度指标。基于增量动力分析方法对该结构进行动力时程分析,并定义了4个结构性能水平,然后统计不同地震强度下的结构需求,获取地震易损性曲线,最终对比评价了三类地震动作用下结构的易损性。     

一种基于滞回耗能的改进pushover分析方法

将结构静力弹塑性分析与地震反应谱结合起来的Pushover方法作为一种简单而有效的结构抗震能力评价工具，目前已在我国逐渐得到推广。在已有的研究基础上，通过一种基于滞回耗能的自适应Pushover分析，将滞回耗能引入到Pushover分析中，且采用自适应的加载方式来考虑高阶振型的影响。对一中等高度的结构进行推覆分析，结果表明，所提方法对结构响应的估计与时程分析更为接近，尤其是在受高阶振型影响比较明显的层间位移方面，具有较高的计算精度。     

考虑既有建筑最不利方向的抗震能力评估方法

主要研究在役结构的抗震性能评估方法。首先,在前人研究的基础上,给出了在役结构的力学模型;其次,通过对2次小震的动力时程分析,得出结构的最不利方向,并在此方向上利用三维分析程序CANNY 99,对结构进行Pushover分析,将得出的结构能力曲线与由实际地震波得到的需求谱叠合,求出结构性能点,进而评估结构的抗震性能。通过一算例具体说明该方法的应用步骤,并由程序输出结构在到达性能点时的梁柱破坏情况。本文从钢筋锈蚀和混凝土老化这两个方面考虑使用年限对结构的影响;同时,从结构的最不利方向对结构进行Pushover分析,考虑了结构在地震作用下柱子双向受弯的特点,更加符合实际情况。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。     

竖向不规则钢-混凝土混合框架静力非线性分析

根据高阶振型对结构位移的贡献,提出基于多振型侧向力分布形式用于竖向不规则结构的静力非线性分析。通过静力非线性分析和动力时程分析结果的对比,验证了侧向力分布形式的准确性。为研究不规则程度对混合结构非线性行为和破坏模式的影响,改变混凝土框架的刚度和强度形成6个竖向不规则混合结构。通过对不规则混合结构层间能力系数的计算,初步判断混合结构刚度和强度的竖向不规则分布特征,评估可能存在的薄弱层和结构破坏模式。采用所提出的侧向力分布形式分别对结构模型进行静力非线性分析,得到混合结构模型的塑性铰开展特征和层间位移角分布,结果表明:混合结构刚度和强度的不规则程度直接影响结构非线性行为和破坏模式,较均匀的层间能力系数分布能够避免结构中出现明显的薄弱层,使结构破坏模式更加合理。