强震作用下砌体结构倒塌过程仿真分析

四川汶川地震中大量砌体房屋倒塌,造成巨大人员伤亡。为研究和预防砌体结构震害,本文概述了多层砌体房屋的主要震害特点,研究了砌体结构地震倒塌分析方法、失效单元与结构倒塌等关键技术问题。利用动力有限元程序LS-DYNA模拟了砌体结构的倒塌过程。仿真计算的结果与真实倒塌过程吻合较好,说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以对这种特殊的复杂破坏过程进行模拟分析和仿真。通过再现倒塌过程,发现了结构在强震作用下的薄弱环节,为提高砌体结构抗震性能研究、建立结构防倒塌机制提供了有力的技术支撑。     

建筑物易损性和地震损失与地震加速度谱值的关系(上)

为与新的地震动参数区划图接轨，克服目前以烈度为依据的震害预测方法中的缺陷，这项研究提出了以地震加速度谱值为输入参数的建筑物易损性分析和地震损失估计方法。这些内容分上、中、下三篇介绍。本文是其中的上篇，介绍了砖砌体结构的易损性分析方法；这一方法可以根据我国2001年颁布的以峰值加速度为参数的新地震区划图给出的加速度和特征周期或根据地区的地震安全性评估给出的反应谱，估计这类结构单体和群体在未来地震中可能发生的震害及可能造成的损失。     

钢筋混凝土框架结构地震损伤的识别与试验分析

通过单层及多层钢筋混凝土框架模型的地震损伤模拟试验，揭示了钢筋混凝土结构地震损伤与动力特性变化的关系；概据损伤力学方法，建立了利用可识别参数的地震损伤模型；提出了结构损伤状态参数的识别方法和以上此为基础估计结构地震损伤的方法，从而为钢筋混凝土框架结构的震后损伤识别和修得加固提供了理论依据。     

ARX结构模态参数识别方法对比(I)——基于理论地震反应时程的对比

结构参数识别是结构抗震安全性能鉴定和健康诊断的基础。利用地震观测记录来识别结构模态参数,是地震工程领域备受关注的研究课题之一。本文利用三层平面框架结构的理论地震反应时程,对一维、多维和整体ARX模型三种模态参数识别方法进行了对比分析。结果表明：整体ARX模型的识别结果较为稳定且精度较高,更适合于进行多自由度结构参数识别。     

配筋砌体结构抗震能力的试验研究

根据砖砌体结构在地震作用下主要表现为剪切破坏的特点，采用子结构拟动力试验技术配筋砌体记房屋结构进行了抗震试验研究。可以改善砖砌体结构在极限荷载后的性能，提高结构的抗震能力。     

城市典型建筑地震损失预测方法II：地震损失估计

本文在文[1]的基础上，给出城市典型建筑地震损失估计方法。首先，给出砖砌体结构、排架结构和钢筋混凝土结构的破坏分级描述；其次，介绍城市地震人员伤亡及经济损失估计方法。结合文[1]的结构易损性分析方法，以宁波市为例，给出了市区典型建筑的震害矩阵，并对地震作用下的人员伤亡和财产损失进行了估计。     

地震作用下低层建筑砌体结构的动力特性分析

传统低层建筑砌体结构动力特性分析中,易受到外界环境的干扰,砌体结构的完整性欠缺,导致动力特性分析的准确度较低。为提高低层建筑砌体结构的抗震性能,提出地震作用下低层建筑砌体结构的动力特性分析方法。首先利用低层建筑砌体结构反应自功率谱,完成砌体结构的自振频率辨认;然后通过941B型超低频率测振仪测试自振频率,筛出振动波形中噪声干扰的区域,获取时域波形和频域波形;最后依据时域波形和频域波形塑造低层建筑砌体三维精细化模型,在该模型基础上,通过子空间迭代算法获取低层建筑砌体结构的模拟结果,分析地震作用下芯柱、圈梁等构造措施对建筑砌体结构动力特征的影响,完成砌体结构的动力特性分析。实验结果表明,利用所提方法对地震作用下低层建筑砌体结构的动力特性进行分析,得到的分析结果准确度较高。     

墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析

为获取可靠的墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析结果,采用ABAQUS有限元分析软件构建房屋砖砌体结构墙体模型,设置合理的墙体模型参数和数值模拟参数;对比模拟数值与以往研究的测试值,证明所构建模型参数取值合理;将截取的峰值段江油地震波作为上述模型的地震动输入,根据测得的房屋砖砌体结构的力学变化数据,分析房屋砖砌体结构的地震易损性。分析结果表明:地震情况下,随着墙体开洞率的增加,墙体荷载能力下降、墙体水平承载力增长幅度降低、墙体相对刚度退化率增加;墙体开洞数量越多,房屋砖砌体结构侧向刚度下降越快。因此分析得出墙体开洞率大、墙体开洞数量多,房屋砖砌体结构的地震易损性越显著。     

基于增量动力分析方法的砌体结构地震易损性分析

砌体结构是一种脆性结构,变形能力和承载力均较低,因取材方便、施工简单和造价低等优势在中国被广泛应用。为了评估砌体结构的抗震性能,本文基于增量动力分析（Incremental Dynamic Analysis,IDA）方法研究了多层砌体结构的地震易损性,分析了影响砌体结构地震易损性的主要因素以及群体多层砌体结构地震易损性。研究结果表明:在相同场地条件情况下,砌体结构的房屋层数、砌筑砂浆强度、设防烈度和墙体面积率对结构的地震易损性影响较明显;当结构层高在2.8~3.3 m之间时,层高对结构地震易损性的影响不大。抗震设防砌体结构抗震能力比不设防结构有明显提高,说明构造柱和圈梁等构造措施能显著提高砌体结构的抗倒塌能力,这与目前的基本认识相同,也证明了增量动力分析方法的有效性。     

城市典型建筑的地震损失预测方法I：结构易损性分析

地震作用下结构的易损性分析是地震灾害损失预测方法的重要组成部分。本文针对多层砌体房屋结构、排架结构和多层钢筋混凝土结构等3种城市典型建筑，首先给出了该类单体建筑的地震结构易损性分析方法，然后对群体建筑的地震易损性分析方法，以及群体建筑的易损性分类方法进行了探讨，为城市典型建筑的地震灾害损失预测和评估提供参考，并为宁波市抗震防灾规划的地震损失预测提供基础。     

空间钢筋混凝土框架结构的非弹性地震反应

对两个缩比为十五分之一的三层、双跨、两开间的钢筋混凝土框架模型进行了振动台试验,一个模型模拟质量中心与刚度中心不一致的偏心结构,另一个模型模拟承受双向地面运动的结构。研究了结构的空间非弹性地震反应。计算结果表明,理论分析与实测结果有较好的吻合性。     

Seismic response of three‐dimensional r/c multi‐storey frame building under uni‐ and bi‐directional input ground motion

This paper deals with seismic analysis of plan‐asymmetric r/c frame multi‐storey buildings. Non‐linear numerical analyses are carried out by using a lumped plasticity model for beams and a multi‐spring model for columns, the latter one introduced to account for axial force–biaxial bending moment interaction. A comparison between numerical analyses and experimental test results is reported in order to calibrate the numerical model, showing that the adopted model is very suitable. In order to study the effects of the earthquake orthogonal component, the seismic response of the modelled structure under uni‐directional excitation is compared to the one under bi‐directional excitation. Such comparison shows that the maximum base shear and the top displacement are not very sensitive to the presence of the orthogonal component, which, conversely, leads to large increase in the column plastic excursions. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性; 其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值; 最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应; 随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势; 当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小; 当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。     

多点地震动输入下的拟动力实验方法

本文将拟动力实验方法应用于多点地震输入下的结构响应研究中,采用子结构技术解决了结构在多点地震输入下的实验问题。针对不同类型结构和不同方向的地震动输入,文中给出了相应的似动力实验的数值积分方法。最后采用两点地震动输入对所提出的方法进行了实验验证,证明该方法的有效性。     

组合墙结构房屋抗震性能的振动台试验研究

通过三个组合墙模型房屋的振动台试验，分析了组合墙结构体系房屋的动力性能和抗震能力，比较了底一层和底两层框架组合墙房屋和普通组合墙房屋的抗震性能。结果表明，八层组合墙房屋的抗震能力远远超过设计能力，可用于八度地区，底框架组合墙房屋的抗震性能优于普通组合墙房屋，底两层框架组合墙房屋也优于底一层框架组合墙房屋。     

Lessons learned from the ＂5.12＂ Wenchuan Earthquake： evaluation of earthquake performance objectives and the importance of seismic conceptual design principles

Many different types of buildings were severely damaged or collapsed during the May 12, 2008 Great Wenchuan Earthquake. Based on survey data collected in regions that were subjected to moderate to severe earthquake intensities, a comparison between the observed building damage, and the three earthquake performance objectives and seismic conceptual design principles specified by the national ＂Code for Seismic Design of Buildings GB50011-2001,＂ was carried out. Actual damage and predicted damage for a given earthquake level for different types of structures is compared. Discussions on seismic conceptual design principles, with respect to multiple defense lines, strong column-weak beam, link beam of shear walls, ductility detailing of masonry structures, exits and staircases, and nonstructural elements, etc. are carried out. Suggestions for improving the seismic design of structures are also proposed. It is concluded that the seismic performance objectives for three earthquake levels, i.e., ＂no failure under minor earthquake level, ＂＂repairable damage under moderate earthquake level＂ and ＂no collapse under major earthquake level＂ can be achieved if seismic design principles are carried out by strictly following the code requirements and ensuring construction quality.     

考虑震害因子耦合作用的砌体建筑群破坏概率模型研究

砌体建筑群在地震中往往破坏严重损失巨大,合理评估地震作用对不同种类砌体结构造成破坏的风险变得至关重要。传统基于后验概率的地震危险性分析方法忽略了砌体建筑个体差异性的影响,未深入考虑多种震害因子的耦合作用。本文以华南地区砌体建筑群为例,开发了一种集成概率方法来对城市砌体结构的破坏风险进行建模,考虑建筑年代、层数、使用用途和墙厚四类震害因子的耦合影响,采用(Kolmogorov-Smirnov)K-S检验,在设定地震动参数下选取Gaussian分布、Log-Normal分布、Gumbel分布和Beta分布四种概率分布对该地区砌体建筑物的破坏状态概率分布参数进行拟合。通过均方根误差(Root Mean Square Error)RMSE进行拟合优度评价,最终建立基于Gaussian分布和Log-Normal分布的砌体建筑物破坏联合概率模型。最后,以华南地区三个城市典型砌体建筑物为例进行实例对比验证,将基于本文建立的建筑破坏概率模型推算出的砌体建筑群震害矩阵与基于单体结构分析得到的震害矩阵进行对比,与理论值最大偏差为0.033 3。研究表明：本文构建的集成概率方法能够获得更加合理的城市砌体建筑...     

震后严重破损砌体窗间墙快速修复方法

为解决强震后严重受损砌体窗间墙难以快速修复问题,提出一种承压抗剪型金属阻尼器替代墙肢的修复方法.根据窗间墙受损特征,数值建模设计与其受力特性吻合的阻尼器,选取多层砌体墙受损模型分别进行修复前后的拟静力对比试验,分析两模型的破坏特征、滞回特性、刚度退化规律、耗能与变形特征等抗震性能.研究结果表明:承压抗剪型阻尼器替换修复...     

Shaking table test of utility tunnel under non-uniform earthquake wave excitation

A series of shaking table tests were conducted on scaled utility tunnel models with and without construction joints under non-uniform input earthquake wave excitation. Details of experimental setup are first presented with particular focuses on: design and fabrication of double-axis laminar shear box with a rectangular hole opened on its side walls; design of two devices for measuring the slippage between the interface of test soil and the structure, and the relative deformation and rotation between joints of the structure model; and procedure for construction of input earthquake wave. The experiments were conducted in three phases. Phase 1 is free-field test. A 2-norm index is suggested to quantify the boundary effect and it is found that the designed laminar box does not impose significant boundary effect. Phases 2 and 3 are model tests in longitudinal and transversal directions, respectively. Test results are discussed in items of shear force–slip relationship at the soil–model structure interaction surface, movement and rotation of the construction joint, and effect of non-uniform earthquake input. The comparison shows that structural response under non-uniform earthquake excitation is larger than that under uniform excitation. The effect of spatial distribution of earthquake excitation should be considered in the seismic design of utility tunnel.     

传统农居砌体抗剪性能试验研究

砖砌体结构是农村传统农居建筑的主要结构形式,如何精确评价其抗震能力具有重要的研究意义。目前既有传统农居中,20世纪80、90年代砖砌体结构仍是其重要的组成部分。为研究既有传统砖砌体结构的抗剪性能,首先对水泥砂浆、白灰砂浆、炉渣砂浆、黄泥砂浆4种典型砂浆开展抗压强度试验;然后对4种典型砂浆砌筑的砌体进行沿通缝抗剪强度试验,通过与传统老旧红砖砌体抗剪强度的平均值和公式值进行对比,对砌体抗剪强度计算公式进行修正后得到修正公式;最后对比修正值、标准值和设计值,对传统农居进行准确的砖砌体抗剪强度评估。本项研究主要为传统农居砖砌体结构的抗震性能评估、抗震加固以及抗震设计提供技术支持与科学依据。