外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能数值研究

将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩:在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构,且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了钢框架桥墩与外置耗能壳板的钢框架桥墩的滞回曲线、耗能能力、等效黏滞阻尼比、刚度和强度等抗震性能,探讨了外置耗能壳板参数(如材料屈服应力、安装高度和厚度等)对钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。结果表明:外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能优于钢框架桥墩,且外置耗能壳板先于墩柱屈服,可有效保护墩柱主体免遭地震损伤;外置耗能壳板安装高度和厚度明显影响钢框架桥墩的抗震性能,而外置耗能壳板屈服应力对钢框架桥墩抗震性能的影响可忽略。     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.     

近场脉冲型地震作用下上承式拱桥损伤模式研究

为了研究近场脉冲型地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的损伤模式,采用OpenSEES建立了某实际上承式箱板拱桥的全桥模型,根据N-M相关曲线和能力需求比分别研究了主拱圈与拱上立柱的抗震性能,并基于动力增量分析(IDA)对桥梁的损伤模式进行探讨。研究表明:在纵、横向地震输入下,拱圈的最大弯矩响应均出现在拱脚;当地震沿纵向输入时,较矮拱上立柱的剪力响应较大,而当地震沿横向输入时,拱上立柱将产生双向剪力,且较高立柱的横向剪力大于纵向,较矮立柱的纵向剪力大于横向;主拱圈的潜在抗震薄弱环节是拱脚,且其纵向抗震性能弱于横向;拱上立柱纵向抗震性能优于横向,靠近拱顶的立柱最先发生破坏,且以剪切破坏为主;较高的拱上立柱易发生横向剪切破坏,而较矮的拱上立柱易发生纵向剪切破坏。损伤分析表明,钢筋混凝土上承式拱桥在近场脉冲型地震作用下拱上建筑会先于主拱圈发生损伤。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型.为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析.结果表明,随着加载速度的...     

材料性能劣化对刚构桥地震易损性的影响分析∗

为了揭示山区服役环境下材料性能劣化对桥梁抗震安全性的影响,根据混凝土碳化和钢筋锈蚀规律得到山区环境下材料劣化时变模型,采用基于需求能力比(D/C)的动力增量分析(IDA)方法,提出了桥梁时变地震易损性分析流程。围绕某山区典型高墩刚构桥,研究了桥梁构件和体系两个层次的地震易损性时变规律。结果表明:构件塑性发展程度越高,材料劣化的影响越不利,构件曲率延性系数也越大;相比于横桥向,材料劣化对构件纵向地震易损性的影响更大,且服役时间越长,构件地震损伤概率越高;桥梁体系的损伤概率上限高于任意构件,材料劣化的不利影响也主要体现于纵桥向,该方向上 0.8g 时,服役 100 年的严重受损概率相比新桥增大 100.86%;材料劣化对桥梁地震易损性的影响不容忽视,且构件层面的易损性评估不足以反映桥梁体系的易损性。     

老山自行车馆多点输入下地震响应及强度破坏分析

采用时程分析法分别对奥运会老山自行车馆进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应和强度破坏分析。首先对两种输入方式下的结构响应进行了系统的对比,然后通过对极限加速度峰值、最大节点位移时程、塑性杆件数量和分布及网壳破坏形态等重要参数的统计、分析和归纳,剖析了奥运会老山自行车馆在多点输入和一致输入下的地震响应规律和强度破坏机理。研究表明,在强震作用下,多点输入下支承附近区域的杆件应力大于一致输入,这提示我们应注意该区域杆件的设计;无论是多点输入还是一致输入,结构强度破坏的位移模式都是溢出型;多点输入下结构的塑性开展更为充分,内力更为均匀。     

盐渍土环境中RC桥墩柱地震损伤试验研究与计算分析∗

为了研究盐渍土环境中RC桥墩柱的地震损伤,设计制作了10根RC桥墩柱,对其进行了电化学快速锈蚀试验及低周反复加载试验。试验中的主要设计参数为轴压比和锈蚀率。观察和记录了试件的开裂过程及破坏形态,通过实测数据绘制了构件的荷载—位移滞回曲线。在已有基础上提出了锈蚀RC桥墩柱在低周反复荷载作用下的双参数损伤模型,并对其进行了对比分析。试验结果表明:锈蚀率越大,滞回曲线捏缩现象越明显,滞回环面积逐渐减小,峰值荷载和极限位移也逐渐减小,试件耗能能力和延性明显降低,其损伤越来越严重;轴压比越大时,试件极限变形越差,耗能能力越低,其损伤越严重。通过与Mccabe损伤模型及Park-Ang损伤模型进行比较分析,得知该损伤模型更能准确反应构件的实际破坏程度,可为盐渍土环境中RC构件的损伤评估提供参考依据。     

Fe‑SMA的材料特性及在土木工程中的应用进展∗

铁基形状记忆合金(Fe?SMA)拥有可靠的形状记忆效应及优异的抗低周疲劳性能,在土木工程领域具有较为广阔的应用前景。材料特性方面,重点介绍 Fe?SMA 形状记忆效应及应力作用下亚结构层面相变机理,在此基础上阐述单调及循环加载下 Fe?SMA 的力学性能;工程应用方面,对 Fe?SMA 的主要应用范围及相应关键技术进行总结,详细回顾 Fe?SMA 构件的构造形式、工作机理和力学性态,对不同技术实施方案的特点、优势和潜在不足进行评述。指出需进一步明确 Fe?SMA 阻尼构件的耗能破坏模式、变形相容条件和恢复力机制,建立损伤可控的 Fe?SMA 耗能元组件结构体系设计方法。     

滨海高水位下渗透性风化岩的损伤模型研究

滨海地区风化岩层中高地下水位对地下工程的影响是长期被关注的热点问题。从岩土材料应力-渗流-损伤完全耦合作用下的弹塑性特点出发,提出一种适用于风化岩层的流固耦合弹塑性损伤本构模型。考虑岩土材料抗拉性能和抗压性能的差异,选取修正的Mohr-Coulomb破坏准则作为岩土介质的塑性理论模型,采用有效应力空间进行应力-应变计算,把塑性计算与损伤计算进行解耦,并对有效应力进行谱分解,分析了拉、压不同状态应力下岩土体材料损伤演化的不同规律,利用得到的应力、应变和损伤变量,与介质的渗流参数建立相应的关系,实现了应力-渗流-损伤的完全耦合。此外,基于Abaqus软件平台及回映算法编制了相应的非线性程序,结合算例将所得计算结果进行了系统分析,初步验证了该理论的可靠与合理性。研究成果可为滨海城市中深基坑开挖诱发地层渗透破坏等灾害的控制提供理论依据。     

新型自复位SMA耗能梁段的滞回性能

为有效控制强震后Y型偏心支撑钢框架结构的塑性残余变形,通过将Y型偏心支撑中耗能梁段的腹板更换为形状记忆金属(SMA)材料,提出了一种新型自复位SMA耗能梁段。使用ANSYS软件建立有限元模型分析得出,与传统耗能梁段相比,SMA耗能梁段具有旗帜型滞回曲线,承载力及延性无明显下降,可实现震后自复位功能。此外,还设计6组16个SMA耗能梁段试件,并进行了滞回性能分析。研究发现设计参数变化对SMA耗能梁段的自复位功能影响较小;腹板厚度及耗能梁段长度对SMA耗能梁段的承载力及初始刚度影响显著;翼缘厚度及宽度、翼缘材料及加劲肋间距对其承载力及初始刚度影响较小,但其后期承载力会出现一定程度的劣化。     

多层钢筋混凝土平面框架拟动力抗震性能有限元分析

利用ABAQUS软件对3层2跨钢筋混凝土平面框架拟动力试验进行建模分析，建模时充分考虑了混凝土与纵筋、箍筋及型钢的约束关系、合理的地震波输入机制及平面框架的结构阻尼。通过对比有限元中的位移、加速度时程结果与试验结果，两者差异较小，表明建模方法的合理性，并进一步深入分析了该平面框架震后梁柱混凝土的结构损伤、各部件的应力-应变关系、梁柱控制点处的弹塑性状态以及塑性耗能机理与塑性耗能分配机制。结果表明：7种幅值El Centro波作用下，框架梁、柱混凝土均已开裂，柱底混凝土被压碎，纵筋、箍筋、型钢都进入塑性状态；按构件区分，框架梁的塑性耗能占比大于框架柱；按材料区分，梁、柱钢筋是平面框架的主要耗能部件，混凝土次之，型钢耗能占比较小；采用的建模方法可高效准确地模拟平面框架的拟动力性能，可为后续的实际工程作参考。     

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。     

钢筋混凝土框架抗震结构地震能量分布及耗散研究

基于能量平衡原理,对多层钢筋混凝土框架结构的地震输入能量的分布及耗散规律进行了研究。选用8条天然地震波和2条人工波,运用Perform-3D软件,对多层钢筋混凝土框架结构模型在7度罕遇地震作用下的弹塑性能量进行数值仿真计算。计算了钢混框架结构在不同地震波下的地震总输入能量、滞回耗能、阻尼耗能以及滞回耗能占总耗能的比例时程,分析了地震能量在各分量中的分布及分配规律;分析了阻尼比和延性比对地震输入能量的影响,确定了滞回耗能随阻尼比和延性比的变化规律;研究了钢筋混凝土框架结构梁柱构造和竖向侧移刚度变化对地震输入能及其分量的影响,确定了多层钢筋混凝土框架结构滞回耗能沿竖向的分布规律及沿横向在框架构件中的分配,研究了框架结构存在薄弱层情况下的滞回耗能的分布规律。揭示了多自由度钢筋混凝土框架结构地震输入能量及其分布规律,可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在工程实际中的运用提供有益的参考。     

非规则大跨刚构-连续组合桥地震易损性分析

以某西部山区薄壁大跨刚构-连续组合桥梁为研究对象,分析了非规则大跨刚构-连续组合桥梁纵、横向地震易损性。基于OpenSees平台,建立了其非线性纤维有限元模型。采用曲率作为墩柱损伤指标,位移作为活动盆式支座损伤指标,基于IDA方法分析了该桥在不同地震动下的动态响应,得到桥墩纵、横向地震动作用下的曲率包络图,分析了不同桥墩构造的破坏情况,建立了墩柱以及支座的易损性曲线,讨论了不同墩高对桥墩地震易损性的影响。结果表明:桥墩的纵向地震损伤概率大于横向损伤概率,且墩高越高损伤概率越小;支座横向地震损伤概率大于纵向损伤概率。其研究结果可为非规则刚构-连续组合桥梁的抗震设计提供参考和依据。     

带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构地震损伤评估

为了评估目前广泛研究的新型带有耗能连梁的剪力墙结构损伤程度,提出了一种适用于该结构的损伤模型,并通过低周反复试验结果对损伤模型进行验证。提出了该结构的地震性能等级及相应的损伤指数范围,并通过地震作用的增量动力分析得到该结构的易损性曲线,对该结构进行地震损伤评估。结果表明:提出的损伤模型能较好描述带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构的损伤发展,地震性能等级及相应的损伤指数范围能较好反映该种结构的破坏等级,得到的易损性曲线能较为有效评估该种结构的损伤程度,为基于性能的新型带有耗能连梁的剪力墙结构的抗震设计及损伤评估提供了参考。     

氯盐⁃硫酸盐环境下钢筋混凝土柱抗震性能退化过程的数值模拟∗

针对氯盐-硫酸盐环境中钢筋混凝土构件抗震性能的劣化问题,利用Fick定律、离子浓度与材料损伤的拟合关系,确定了硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤本构模型,根据氯盐环境下钢筋锈蚀特征及法拉第定律建立了钢筋截面积损失时变模型,并通过OpenSees软件分析了柱构件在侵蚀环境中抗震性能的退化情况。结果表明:随着服役时间的增加,柱的受压、受弯承载力及刚度逐渐退化,构件的延性、滞回耗能能力先增大后减小;服役初期,增大轴向力能够提高构件受弯承载力,但服役超过一定时间后,该作用不明显;整个服役周期内,轴向力的增大都将造成构件弹塑性变形能力降低,故高轴向力作用下,构件的延性、滞回耗能能力均降低。     

RC框架结构地震破坏机理与抗倒塌研究现状与展望∗

多层钢筋混凝土(RC)框架结构地震破坏机理与抗倒塌设计理论一直是地震工程领域的研究热点。聚焦砌体填充墙对结构破坏模式的影响,从地震倒塌机理、结构破坏模式与成因剖析、抗地震倒塌设计理念3个方面对国内外开展的多层RC框架结构抗震研究进行了梳理、总结。结果表明:地震作用下实际工程及实验室模型难以出现设计预期的"强柱弱梁"破坏,设计细节和非结构构件均影响结构的地震破坏模式;改善填充墙与周围框架连接方式、增设翼墙或设置柔性填充墙一般均能保证结构的抗倒塌性能。     

结构抗震分析中的计算机仿真技术

结合已有的研究成果和应用实例,介绍了计算机仿真技术在结构抗震设计、既有结构抗震性能评估、极端外部作用下结构反应分析、区域抗震规划与评估等领域的应用现状及最新进展。强调了能够解决不连续、大变形问题的数值分析方法在这一领域的意义。指出建立或完善构件层次的滞回本构模型和多参数破坏准则,研究结构解体前后的阻尼机制,探讨数据库技术在仿真系统中的应用,发展新型结构体系的分析模型以及具有初始损伤结构的地震反应分析方法,引入并行计算技术等对推动计算机仿真技术在结构抗震分析中的应用具有重要的意义。另外,仿真分析方法必须经工程实例或结构试验验证。     

RC框桁式墙体破坏模式及地震损伤模型研究

文中提出一种由钢筋混凝土（RC）外边框和内部桁式杆件组合而成的新型框桁式墙体,为研究该新型墙体的地震损伤性能以实现损伤控制,进行了3个1:2模型比例的框桁式墙体试件的低周反复荷载试验,详细分析了试件从加载开裂直至破坏的各阶段裂缝发展规律与损伤积累过程。通过对既有损伤模型及框桁式墙体损伤特点的分析,引入基于延性和累计滞回耗能的双参数地震损伤模型,并通过非线性多元回归分析获得模型影响参数α和β。结果表明：该墙体首先在桁杆上出现裂缝且裂缝逐渐贯通,再以节点为中心开展裂缝,最终破坏发生在外框底部区域,该试件的破坏顺序明确;文中提出的双参数损伤模型能够较好地反映此类试件在地震作用下,损伤指数在加载初期增量较小、而在屈服后损伤指数增加迅速的实际情况。研究结果可为新型框桁式墙体的抗震设计提供参考。     

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。