关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力分析

基于汶川地震后钢筋混凝土框架震害调查结果,选取首层角柱区域(包括框架柱、与该柱相连的节点)为关键构件,利用有限元分析软件ABAQUS,以抽除点位移、相邻构件轴向荷载为参考数据,对关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力进行分析,讨论了建筑高度、地震波作用方向、有无填充墙、框架柱混凝土强度等级对剩余结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:1随着建筑高度的增加,框架结构抽除点处竖向位移的最大值略下降,首层相邻柱轴向荷载增加明显,框架结构易发生连续倒塌;2框架结构首层角柱区域失效后,Y向地震波作用下剩余结构震荡较大,抗震性能降低,易发生连续倒塌;3设置填充墙的框架结构,抽除点位置处竖向位移较小,结构整体的震荡不大,相邻构件的轴向荷载增长幅度减小,一定程度上提高了框架结构的抗连续倒塌能力;4框架柱使用强度等级较高的混凝土,一定程度上可以减小抽除位置处竖向位移,采用内置钢骨的超高强混凝土柱可提高框架结构抗连续倒塌能力。     

关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力分析北大核心CSCD

基于汶川地震后钢筋混凝土框架震害调查结果,选取首层角柱区域(包括框架柱、与该柱相连的节点)为关键构件,利用有限元分析软件ABAQUS,以抽除点位移、相邻构件轴向荷载为参考数据,对关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力进行分析,讨论了建筑高度、地震波作用方向、有无填充墙、框架柱混凝土强度等级对剩余结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:1随着建筑高度的增加,框架结构抽除点处竖向位移的最大值略下降,首层相邻柱轴向荷载增加明显,框架结构易发生连续倒塌;2框架结构首层角柱区域失效后,Y向地震波作用下剩余结构震荡较大,抗震性能降低,易发生连续倒塌;3设置填充墙的框架结构,抽除点位置处竖向位移较小,结构整体的震荡不大,相邻构件的轴向荷载增长幅度减小,一定程度上提高了框架结构的抗连续倒塌能力;4框架柱使用强度等级较高的混凝土,一定程度上可以减小抽除位置处竖向位移,采用内置钢骨的超高强混凝土柱可提高框架结构抗连续倒塌能力。     

横隔数目对猫头型输电塔抗震性能的影响∗

输电塔是输电线路中的重要支撑结构。为了探究横隔数目对输电塔结构非线性地震响应的影响,以某一实际单回路直线塔中的猫头型输电塔为研究对象。基于 OpenSees 平台建立 4 个横隔数目不同的输电塔三维有限元模型,考虑材料和几何非线性,分析猫头型输电塔的动力特性。选取 20 条远场地震动记录,利用非线性有限元动力分析技术,研究不同横隔数目对输电塔结构远场地震作用下的响应问题。结果表明：随着横隔数目的增加,输电塔的自振周期减小,在一定程度上增加了其抗侧刚度。在大震、巨震作用下,横隔数目的增加,输电塔结构的顶点位移减小,基底剪力增大,层间位移的影响非常小且结构的变形始终在我国现行规范范围内,未超过其限值。     

桁架转换钢筋混凝土井塔结构抗震性能研究∗

为研究罕遇地震作用下桁架托柱转换井塔结构的抗震性能 ,通过 PERFORM?3D、PKPM/SATWE 与 SAP2000 软件,分别对某桁架托柱转换井塔结构进行了静力弹塑性分析和动力弹塑性分析。研究抽柱前后井塔结构整体和关键构件的地震响应及破坏机制,得到了在罕遇地震作用下的层间位移角、基底剪力、顶点位移、结构塑性状态过程及转换桁架、框架柱、框架梁、连梁、剪力墙的内力变化和破坏状况。结果表明：在罕遇地震作用下,抽柱后结构的动力特性变化不大,整体结构具有良好的抗震性能,最大层间位移角为 4.4‰,符合规范要求;抽柱后基底剪力较抽柱前有所减小,但结构刚度满足要求;抽柱后的顶点位移略大于抽柱前的顶点位移,证明抽柱后结构的整体刚度略有降低;抽柱后屈服机制与原结构基本相同;转换桁架弯曲、剪切、轴向变形均未进入基本运行状态,具有良好的抗震性能;框架梁和连梁截面的抗剪承载力利用率变化不大,框架柱截面最大抗剪承载力利用率均值有所增大但依然满足要求,不会产生剪切脆性破坏,而剪力墙整体的抗剪承载力利用率均值偏低,建议适当减小剪力墙厚度,提高截面抗剪承载力利用率;抽柱后剪力墙扶壁柱的纤维应变发生了变化,最大拉应变小于钢筋的极限拉应变,钢筋未发生严重屈服,最大压应变小于混凝土的极限压应变。     

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。     

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。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

防屈曲支撑巨型结构抗超大震性能分析与设计

为研究防屈曲支撑对巨型结构的减震控制效果,首先采用SAP2000,按照现行规范8度设防的要求,设计了一座48层巨型框架结构,并将此结构的所有普通支撑分别用与其等刚度和等面积的防屈曲支撑代替,得到等刚度防屈曲支撑巨型结构和等面积防屈曲支撑巨型结构,然后对3个结构进行8度、8.5度和9度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。分析结果表明:在8度罕遇地震作用下,防屈曲支撑巨型结构较巨型结构的最大层间位移角有明显减小,且层间位移角变化更均匀;防屈曲支撑巨型结构能达到"大震可修,超大震不倒"的抗震设防目标,提高了结构的安全储备。     

偏心结构在双向地震作用下扭转反应之影响因素

对偏心结构在双向地震作用下的弹塑性扭转反应进行了研究。以纤维模型模拟双向地震作用下混凝土柱的双轴弯曲,考查刚度偏心es、强度偏心ep和自振周期T等因素对结构扭转的影响。通过弹塑性时程分析得到的结果表明,在双向地震作用下,随着刚度偏心的增大刚性边和柔性边表现出不同的反应特点,前者“延性需求”变大,后者滞回耗能增加;单双向地震作用下,结构弹塑性扭转随强度偏心的变化趋势相同,当0相似文献   

黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构抗震抗风性能分析

针对当前耗能减振技术用于结构抗风抗震时不具备自适应能力的问题,提出变形协调、并联出力的黏弹-金属-体化复合阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构抗风抗震自适应多灾害防御体系。本文以黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构为研究对象,进行大震及强风作用下的性能分析,并将其与普通钢框架结构和防屈曲支撑钢框架结构的抗震、抗风性能进行对比分析。结果表明,罕遇地震下黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构呈现更小的基底剪力和顶层加速度,但层间位移角较防屈曲支撑钢框架结构有所增大;在强风作用下,黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构的顶层加速度、顶层位移及层间位移均小于钢框架及防屈曲支撑框架结构。     

地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震性能研究∗

随着城市地铁发展,既有运营地铁车站上盖开发工程逐渐增多,新建上盖工程与既有运营地铁车站的相互作用、协同受力及抗震性能等问题受到越来越多的关注。依托我国南方某市地铁运营车站工程,提出了地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震思路,分别采用 SATWE 和 MIDAS 有限元分析程序建立一体化结构与地基地基土相互作用模型,开展了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下弹塑性分析。结果表明地震波地震影响系数在结构主周期点上与设计反应谱在统计意义上相符。采用时程分析法针对多遇地震工况进行计算,结果满足规范的结构抗震验算要求,每组地震波计算的地震剪力不小于反应谱法的 65%,时程计算的楼层平均地震剪力均小于反应谱法,楼层层间位移角的变化规律和反应谱法基本一致。通过开展罕遇地震动力弹塑性时程分析,发现最大基底剪力与多遇地震基底剪力比为 3.29~5.09,结构框架梁柱塑性铰开展趋势合理,最终状态下框架柱基本不屈服,约 31.6% 的混凝土框梁以及约 19% 的钢梁达到屈服强度。相关方案达到预期的抗震性能目标。     

基于试验数据的填充墙RC框架性能指标限值研究∗

为了建立我国砌体填充墙 RC 框架结构性能水准与性能指标间的对应关系，通过收集整理国内填充墙 RC 框架拟静力试验数据，建立了本土化填充墙 RC 框架试件试验数据库。参考《建（构）筑物地震破坏等级划分》（GB/T 24335—2009），定义了填充墙 RC 框架的 5 个性能水准及其破坏状态描述，根据试验现象提取试件首次达到每个性能水准时的层间位移角作为样本，通过统计分析，分别给出刚性连接和柔性连接填充墙 RC 框架具有 84% 保证率的层间位移角限值，并与《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）和现有研究中给出的限值进行对比，最后进一步分析了采用不同类型砌块的填充墙 RC 框架结构性能水准限值的差异。结果表明，相较于规范限值，刚性连接的填充墙 RC 框架限值在轻微破坏和中等破坏的性能水准下均偏小，而在严重破坏的性能水准下远大于规范限值；相较于现有限值，作者研究得出的限值具有性能水准判定标准统一、数据更符合我国国情的特点；相较于传统的黏土砖和普通混凝土砌块，采用加气混凝土砌块砌筑填充墙的 RC 框架结构侧向变形能力更好。     

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。     

考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。     

土与结构接触特性对地下结构地震反应的影响研究

以大开地铁车站为工程背景,采用数值模拟方法,以中柱层间位移角为评价指标,在弹性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹塑性结构接触三种工况下分别计算接触面为绑定、接触面摩擦系数为0.2和0.4时的结构地震反应,同时考虑结构-土体的相对模量对接触特性的影响。提取峰值加速度时刻、峰值位移时刻和峰值速度时刻中结构变形程度最大的时刻,将接触面为摩擦设置时的中柱层间位移角与绑定连接条件下的层间位移角数值进行对比分析。结果表明:当材料力学特性不同时,接触特性对结构反应的影响程度也不同。改变结构的埋深,研究不同围岩约束能力下接触特性对地下结构地震反应的影响,结果表明浅埋时接触特性对地下结构地震反应影响程度较大,深埋时影响程度较小,且对于浅埋结构,峰值加速度时刻为结构地震反应最大时刻,对于深埋结构,峰值位移时刻为结构地震反应最大时刻。     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

混凝土梁式托柱转换层结构抗震性能分析

正确认识梁式托柱结构的抗震性能,是对此类型转换层结构进行合理抗震设计的基础。以某多层带梁式托柱转换层的钢筋混凝土框架为研究背景,分别建立了3种不同柱截面尺寸的梁式托柱转换层结构有限元模型,采用Pushover方法对结构进行静力弹塑性分析,分别对小震和大震下具有不同柱截面尺寸的梁式托柱转换层结构的层间位移反应和塑性铰分布状态进行了分析比较,评价了梁式托柱转换层结构的抗震性能,并给出有益的设计建议。结果表明:小震作用下,柱截面尺寸变化对转换层下部结构的位移响应影响较小,转换层上部结构的层间位移角发生突变,且随着上托柱截面尺寸的增大,层间位移角表现出减小的趋势;大震作用下,柱截面尺寸变化对梁式托柱结构的层间位移角影响更大。此外,在转换层处和底层框架中易出现"强梁弱柱"现象。     

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。     

框架结构“强梁弱柱”问题研究

分析了"汶川地震"中钢筋混凝土框架结构的主要震害,着重研究了"强梁弱柱"这一破坏现象,并对比分析了现行抗震规范及其报批稿中关于"强柱弱梁"的设计条款,结合某框架结构教学楼,分析其在两本规范不同设计条款下的承载力,以及由此带来的经济性方面的影响。结果表明:填充墙等非结构构件的影响、楼板对框架梁承载力和刚度的增大作用以及柱轴压比偏小是结构破坏的主要原因。规范报批稿调整了柱端弯矩和剪力增大系数,较大地提高了柱的承载能力,其中抗弯承载力增加10.8%~33.1%,尤其顶层框架柱的承载力较现行规范增加33%之多,但柱的抗剪承载力提高较低,增加11.1%~19.3%。依据送审稿设计的结构,柱的钢筋用量增加64.1%,整个费用增加低于19.9%,基本在我国经济发展水平之内。     

地震导致外围护填充墙坠落的试验研究及伤害风险范围分析

在地震作用下,外围护填充墙破坏坠落会产生严重的次生灾害。结构层间变形和墙体面外加速度作用是导致填充墙破坏坠落的主要因素。为了研究这两种因素作用下外围护填充墙的破坏和坠落机制,本文设计了一种填充墙拟静力试验。通过将墙体置于不同倾斜角,用重力加速度分量模拟地震时填充墙受到的不同面外加速度。研究不同面外加速度、不同面内层间位移角下墙体的破坏坠落面积比,并给出拟合计算公式。之后,本文针对不同层数的带砌体填充墙框架结构,分别建立其非线性结构分析模型,计算结构每层的加速度、速度和位移时程响应。根据这些结构最大响应,结合试验得到的拟合公式,计算外围护填充墙体不同宽厚比和地震加速度下破坏造成的坠物数量,并计算坠物经平抛运动落地后的分布情况。最后根据坠物数量和坠物分布,估算出地震作用下外围护填充墙破坏坠落导致的伤害风险范围。