基于OpenSees的不规则三维RC框架结构弹塑性分析

以一局部平面不规则的RC框架结构为研究对象,基于OpenSees有限元分析软件,采用均匀加载、倒三角加载、抛物线加载和按第一振型分布加载4种侧向加载模式,对结构沿横向进行静力弹塑性推覆分析,依次求解结构在这4种侧向加载模式下从多遇、设防到罕遇地震下的性能点顶点位移和基底剪力。然后研究了两榀框架二维Pushover分析与整体结构的三维Pushover分析结果的异同,并就各性能点处的楼层位移和层间位移角进行对比和分析。结果表明:均匀分布模式结果偏差较大,不适用,倒三角分布加载模式在三维模型Pushover分析中具有较好的适用性。二维模型分析的性能点顶点位移偏小,与三维模型分析结果的差值随着地震强度提高而增大,三维模型能更好体现结构薄弱层所处位置,简化的平面分析结果偏于危险。     

基于OpenSees的火灾下钢结构连续性倒塌分析

主要研究了火灾下平面钢框架的连续性倒塌模式和机制。应用OpenSees软件,对某5跨8层平面钢框架结构模型进行数值分析,研究了荷载比、梁柱刚度比和火灾场景对结构倒塌模式的影响。结果表明,随着荷载比的增大,结构倒塌模式由侧向倾倒式倒塌变为整体下沉式倒塌;当梁柱刚度比较小时,由于梁的悬链性效应,使结构发生偏向受火开间的侧向位移直至倒塌(弱梁机制),当梁的刚度比较大时,破坏首先发生在框架底层柱,结构呈整体下沉式倒塌(强梁机制);火灾中水平和竖向分布易分别引起结构局部和整体的倒塌。     

极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构地震响应特性

以上部结构分别为三层、五层、七层和九层的 LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,考虑了上部结构屈服强度比、刚度、硬化系数等的影响,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下隔震结构无碰撞以及隔震层与限位墙发生碰撞时的非线性响应特性进行了分析和对比。结果表明：增大上部结构屈服强度比,可以有效降低上部结构的层间位移和延性需求;当屈服强度比越小、上部结构刚度越大时,硬化系数对结构响应的影响越大;无碰撞时,对于上部结构基本自振周期在一定范围内变化的 LRB 基础隔震结构,相同的屈服强度比对应的上部结构延性需求、损伤状态基本一致,但是当隔震层与限位墙发生碰撞,上部结构破坏程度会有很大差异,特别是上部结构刚度较大时,延性需求增大非常明显,这种情况下上部结构破坏已经非常严重甚至会倒塌。     

预应力RC框架‑摇摆墙结构抗震减振性能研究∗

框架‐摇摆墙作为一类高效的结构抗侧力体系得到了广泛的工程应用。摇摆墙能够调控框架的层间侧向刚度,充分发挥抗侧力构件的性能,但由于摇摆墙自身缺乏回复力,发生侧向转动以后无法返回平衡位置,对框架有不利的影响。为了解决这一问题,提出预应力框架‐摇摆墙抗侧力体系。在框架梁中引入预应力使框架具有自复位能力,从而与摇摆墙协同工作并缓解摇摆墙的倾覆作用。发展了预应力框架‐摇摆墙结构节点核心区剪切块的定参方法,提出了结构的高效数值分析模型,设计了一栋 8 层常规框架‐摇摆墙结构和一栋预应力框架‐摇摆墙结构,建立结构的有限元模型并进行静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析。分析结果表明：相比于常规框架‐摇摆墙结构,预应力框架‐摇摆墙结构的峰值承载力更高,结构进入非线性阶段承载力没有明显下降,具有明显的自复位性能和延性破坏模式。在罕遇地震作用下,预应力框架‐摇摆墙结构的层间位移角显著小于前者,基底剪力略大于前者, 两者的层间加速度响应接近,节点核心区始终处于弹性阶段。预应力框架‐摇摆墙结构的抗震性能优于常规框架‐摇摆墙,可作为一种有效的抗侧力体系在抗震地区加以推广。     

基于刚度退化的钢筋混凝土结构抗震性能指标对比分析

地震作用下,钢筋混凝土结构的损伤程度可由刚度退化参数量化。基于纤维模型建立了3层钢筋混凝土框架结构有限元模型,分别进行了3种水平侧向加载模式的静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析。依据结构耗能分析,对比了作者提出的刚度退化性能指标D_(performance)与Kunnath和Jenne指标D_(KJ)评价结果的差异,并采用D_(performance)性能指标对结构楼层在不同地震水准下的破坏程度进行了定量评价。研究表明,D_(performance)性能指标对结构水平侧向加载模式不敏感,并能判别结构各楼层的损伤情况,从而确定结构薄弱层的位置,能合理、可靠地评估结构在地震作用下的性能水平。     

竖向不规则框架结构连续性倒塌分析

国内外学者利用非线性静力方法进行结构倒塌分析时,研究对象主要集中在规则的结构形式,而针对大量出现的造型独特的竖向不规则建筑的倒塌研究还相对较少。本文基于拆除构件法,利用SAP2000结构有限元软件,对竖向不规则多层框架结构进行了基于非线性静力Pushdown方法的抗连续性倒塌研究。分别研究了拆除同一结构中不同部位构件、不同层数塔楼结构中相同部位构件后剩余结构的承载力变化情况,研究结果表明:拆除竖向承重柱后的剩余结构承载力,随着上部塔楼层数的增加以及拆柱位置的上升而出现不同程度的降低;加强裙楼顶部水平向承重构件,可以使塔楼底部构件破坏后的剩余结构更好地发挥悬链线机制,并防止剩余结构发生无明显征兆的连续性倒塌。     

反应位移法中地基弹簧刚度系数求解方法对比研究∗

反应位移法是目前地下结构抗震设计中应用最为广泛的简化方法之一,其中的一个关键参数是结构周围弹簧刚度系数。基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)中简化的静力有限元法,进行了不同加载形式的静力有限元刚度法和柔度法计算弹簧刚度系数,将其计算结果应用于反应位移法与严格的动力时程计算结果进行对比研究。结果表明:不论静力有限元刚度法还是柔度法,除水平竖直加载方式外,其余的加载方式确定的地基弹簧系数对反应位移法计算的结构变形及内力影响较小。考虑计算次数,可以采用刚度法和柔度法中的径向切向和径向环向一次加载方式对静力有限元法进行简化计算。     

面外荷载作用下砖墙抗震性能试验研究

针对村镇建筑震害中常见的砖墙平面外破坏或倒塌现象,采用气囊加载的方式,对6片足尺带翼缘砖墙进行平面外低周反复加载试验,研究了墙体的破坏特征、极限强度和位移、刚度变化和耗能能力,并考虑了墙宽、竖向荷载和加固措施等因素的影响。结果表明,带翼缘墙体的破坏形态与三边约束的混凝土板的破坏形态相似,开裂后仍能维持很大的侧向位移而不发生倒塌;竖向荷载可明显提高墙体的初始刚度和开裂强度;墙宽增大会使得墙体开裂强度和耗能能力下降,拐角采用混凝土预制板加固后,墙体耗能能力有所提高,中间增加混凝土构造柱后,墙体耗能能力进一步提高。     

钢管再生混凝土框架抗震强度与刚度试验研究

为研究低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的强度与刚度,进行了一榀圆钢管和一榀方钢管的再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验,实测试件的破坏机制、滞回曲线、强度衰减和刚度退化等,探讨单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力和刚度设计方法。研究结果表明:试件满足了"强柱弱梁、强剪弱弯"的抗震设计要求,滞回曲线基本对称,同级循环位移下试件的强度衰减和刚度退化大致经历一个由多到少再到多的过程。建议采用柱端弹性弯矩法或柱顶塑性铰法或柱底塑性铰法,进行单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力的设计计算,本文采用的方法可以用于钢管再生混凝土框架初始弹性层间刚度的估算。     

双向地震作用对台阶型加筋边坡动力响应的影响

以我国西南部一实际工程为背景,分析了双向地震作用下台阶型加筋边坡的动力响应特点及规律。利用经过验证的PLAXIS有限元分析方法,首先在不同地震强度下,对比了水平及双向地震分别作用后加筋边坡的动力响应,然后研究了竖向地震的影响。结果表明,地震作用下,填土的塑性变形呈弥散型分布,随着竖向地震分量的增大,加筋土体横向变形增大,筋材内力提高,同时,竖向地震的震动压实作用使土体侧向围压提高,土体发生硬化,刚度增加,坡面横向位移减小;随着竖向地震分量进一步增大,土体硬化改变了边坡自振特性,在本研究地震激励下,加筋土体动力响应加剧,上坡有发生整体剪切破坏的趋势,并向外偏转,坡面横向位移增大。竖向地震对边坡动力响应的影响随地震强度的增大变得明显。     

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。     

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。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明:填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

薄壁钢-轻质混凝土组合楼板的受火后力学性能及评估模型研究

对5块内置钢骨架的轻集料混凝土组合楼板在火灾后的受力性能进行了试验研究,并基于试验结果给出了火灾后组合楼板综合承载力的评估模型。结果表明,该组合楼板在火灾作用后仍具有较高的剩余承载力和整体刚度,其主要影响参数包括轻骨料混凝土预制板中的配筋数量、受火时的荷载分布方式与荷载值以及火灾升温后所采用的冷却方式。受火时组合楼板试件中钢骨架主、次构件正上方的混凝土表面首先出现裂缝,且火灾后加载时进一步发展。火灾下均匀堆载的组合楼板试件的名义刚度较局部堆载的试件刚度提高18.5%;采用人工喷淋冷却方式较之自然冷却,其火灾后组合楼板试件静载试验的残余位移增大23.9%;所建立的综合指标模型可用于评估火灾后组合楼板试件的综合承载力。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

近场地震作用下框架结构的损伤机理

首先讨论了近场地面运动的特征及各种抗震规范对近场地震的设防，然后采用非线性时程分析方法，对一个10层框架结构在近场地震作用下的响应特性进行了研究。同时对该框架结构进行了Pushover分析，通过与非线性时程分析结果进行对比，说明Pushover分析方法不能正确评估结构在近场地震作用下的抗震性能。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

圆钢管再生混合混凝土框架性能的控制分析

为了从结构层面分析柱截面含钢率和废弃混凝土取代率对再生混合混凝土组合结构抗震性能的控制作用,通过对四榀圆钢管再生混合混凝土框架进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究各柱截面含钢率和柱内废弃混凝土取代率对试件的滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的控制效果。结果表明,四榀框架破坏现象均为梁铰破坏机制;随着柱截面含钢率的提高,试件的水平承载力、塑性变形能力和位移延性显著提高,刚度退化速率降低;而废弃混凝土取代率对试件各项指标的影响规律与含钢率恰好相反,且影响程度有限;柱截面含钢率与废弃混凝土取代率共同作用,使二者对结构水平承载力和结构耗能能力有所不同。     

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。     

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。