基于穷举搜索策略与逻辑回归算法的RC柱地震破坏模式判别模型

为了准确判别钢筋混凝土(RC)柱的地震破坏模式,基于穷举搜索策略和逻辑回归算法,提出了一种RC柱地震破坏模式判别的两阶段逻辑回归模型。基于穷举搜索策略,分别遴选了判别弯曲破坏与非弯曲破坏以及弯剪破坏与剪切破坏的最优特征参数;结合最优特征参数和逻辑回归算法,建立了RC柱地震破坏模式判别的两阶段逻辑回归模型;通过与传统方法进行对比分析,验证了该模型的有效性。分析结果表明:该模型不仅构建了特征参数与地震破坏模式之间的显式函数关系,克服了传统“黑盒”机器学习判别方法存在的预测结果解释性较差的缺陷,而且通过合理遴选最优特征参数,在保证判别精度的前提下合理简化了判别模型函数形式,解决了传统机器学习判别方法存在的判别模型复杂程度高、计算效率低的问题;对于RC柱的三种地震破坏模式,该文模型的总体判别准确率均达到90%以上,比经典逻辑回归算法提高5%左右,比传统经验判别方法提高20%左右。     

钢筋混凝土柱的非弹性恢复力模型与参数识别

结合Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型和微分进化(DE)算法,提出了一种能够有效考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应等典型滞回特性的钢筋混凝土(RC)柱的非弹性恢复力模型及其参数识别方法,并讨论了破坏模式对RC柱非弹性恢复力模型参数的影响规律。分析结果表明,该模型能够较好地描述弯曲、弯剪和剪切破坏模式下RC柱的典型滞回特性;基于DE算法能够较好地识别RC柱的非弹性恢复力模型参数,具有收敛速度快、识别精度高和全局优化性强等优点;RC柱的非弹性恢复力模型参数与破坏模式密切相关,随着RC柱的破坏模式从弯曲破坏到弯剪破坏和剪切破坏的变化,强度退化、刚度退化、捏拢总滑移量、捏拢斜率等参数均逐渐增大,说明剪切破坏型RC柱的退化效应和捏拢效应更加明显。     

RC柱侧向冲击破坏模式的数值模拟研究

采用非线性有限元方法对有轴压力RC柱的动态响应过程进行了数值仿真,分析了RC柱的破坏模式及其转换机理,研究了轴压力的影响。结果表明:有轴压力RC柱剪切破坏过程可分为斜裂缝形成、箍筋屈服和完全破坏三个阶段,其变形模式先后为撞击点局部弯曲、整体弯曲和柱子根部局部剪切变形;静力条件下弯曲破坏RC柱在冲击作用下可能发生剪切破坏,其重要原因是纵筋应变率大于箍筋应变率;随着轴压比的增大,发生剪切破坏的RC柱趋向于发生由混凝土抗压强度控制的弯曲破坏。     

震损钢筋混凝土柱剩余能力的数值模型

基于PEER数据库中公开的钢筋混凝土(RC)框架柱试验资料和已有地震损伤指数模型,总结了RC框架柱在产生不同损伤等级时对应的破坏特征,提出了相应的损伤等级评定标准。研究了RC框架柱在地震损伤过程中混凝土和钢筋的损伤演化规律,分别建立了震损RC框架柱损伤区不同位置处混凝土和钢筋的损伤演化方程,提出了考虑震损RC框架柱初始损伤的混凝土模型和钢筋模型。基于OpenSEES平台和纤维模型,建立了一种直接基于材料本构关系的震损RC框架柱的数值模型,该模型考虑了损伤区不同位置处截面材料的损伤差异以及同一截面不同位置处材料的损伤差异。任意选取已有的13根RC框架柱试验资料对震损RC框架柱的数值模型计算结果进行校验。结果表明该文模型能够较为准确的预测震损RC框架柱的剩余抗震能力。研究结果为震后RC结构的性能评估和加固决策提供分析模型。     

基于Bayesian理论的弯剪破坏钢筋混凝土柱变形能力概率模型

为了准确预测地震作用下弯剪破坏钢筋混凝土（RC）柱的变形能力,基于Bayesian理论提出了一种建立柱类构件变形能力概率模型的方法。首先对已有RC柱变形能力公式进行评价并选作先验模型,再借助美国PEER柱抗震性能试验数据库中发生弯剪破坏的20根矩形截面RC墩柱的拟静力试验数据作为客观认识,应用Bayesian参数估计方法综合这两类信息进行推断,修正先验模型的偏差从而建立反复荷载作用下弯剪破坏RC柱变形能力的概率模型;采用Bayesian方法剔除影响修正效果不显著的因素以获得模型简化,达到对先验模型的动态更新。最后,讨论了不同形式修正项对修正效果的影响。结果表明,Bayesian方法既继承了先验信息的完备性,又利用了试验数据的准确性,建议的概率模型较已有公式能够更准确地预测弯剪破坏RC柱的变形能力,从而为RC柱抗震设计或评估中考虑能力不确定性提供了便利。     

基于有效耗能的改进Park-Ang双参数损伤模型及其计算研究

Park-Ang双参数地震损伤模型考虑了地震作用的首次超越破坏与累积损伤破坏两方面因素,较好的定义了结构的破坏,被后续研究广泛应用,但无法区分不同幅值作用下结构破坏的差异。分析了不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏特点,研究了结构损伤与结构耗能之间的关系。试验表明弹性阶段(位移幅值小于一倍屈服位移)的试件几乎不发生破坏,造成钢筋混凝土柱破坏的能量集中在相持阶段和破坏阶段,定义非弹性阶段引起结构破坏的滞回耗能为导致结构破坏的有效耗能。基于有效耗能假设引入有效耗能因子e,提出了改进的Park-Ang双参数地震损伤模型。对建议模型进行了21组钢筋混凝土柱的试验数据验证,计算结果表明:有效耗能因子可以反映相同耗能下不同位移幅值引起的结构破坏差异,有效耗能因子e物理意义明确,改进后的双参数地震损伤模型计算精度高,离散性小,能够区分不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏差异,较好地评估了RC结构的损伤性能。     

钢筋混凝土矩形柱地震破坏模式的概率分析EI北大核心CSCD

鉴于破坏模式对既有钢筋混凝土柱抗震性能评价和震后恢复决策的重要性,从美国太平洋地震研究中心钢筋混凝土柱抗震性能试验数据库(PEER-Structural Performance Database)中收集214根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力试验数据,分析了弯曲、弯剪或剪切三种破坏模式的破坏特征及主要影响因素。根据钢筋混凝土柱塑性铰区截面剪力需求与抗剪承载力的关系,计算了发生三种不同破坏模式时剪力需求与抗剪强度的比值,并分别给出了相应的概率分布函数。结果表明,基于剪力需求和抗剪强度比值的概率分析能够合理地反映钢筋混凝土柱的地震破坏模式。     

不同截面吊脚柱RC框架结构振动台试验研究

为研究山地吊脚RC框架结构的地震响应特征和抗震性能，设计并制作了一个1∶8缩尺的吊脚RC框架模型。通过振动台试验，对结构模型的破坏现象、动力特性、加速度反应、变形特征、楼层剪力和扭转效应进行了分析。结果表明：吊脚RC框架结构的吊脚层和第2层破坏明显不均匀，吊脚层破坏轻微，且坡顶短柱破坏较早，第2层柱底破坏严重，且破坏程度自坡底柱侧向坡顶柱侧递减，结构破坏主要位于吊脚层以上，最终表现为部分柱铰屈服破坏；激励水平大于罕遇地震时，吊脚层的加速度放大系数大于上部结构，楼层剪力的增大程度相对上部结构也更加显著，吊脚层变形不大，结构的最大层间位移角始终在3～4层；结构的最大层间扭转角随地震强度增加自第2层转移至吊脚层。     

尼泊尔8.1级地震钢筋混凝土框架典型震害及讨论

尼泊尔8.1级地震发生2个月后,该文作者随队开展了为期半个月的尼泊尔地震震害调查。该文报道了尼泊尔8.1级地震中3个调查点的钢筋混凝土（RC）框架结构震害特点。调查表明,除少数医院、政府办公楼、学校建筑为正规抗震设计建造外,大部分RC框架结构为自建民居、商铺。被调查RC框架结构的梁、板、柱均采用现浇混凝土,填充墙均采用粘土砖砌筑。震害主要表现为底层或临街楼层（街道高于底层时）框架柱压弯破坏,填充墙倒塌,柱顶水平施工缝处破坏,部分紧邻填充墙的柱顶部剪切破坏,屋顶女儿墙震损掉落,少数结构发生整体垮塌。该文作者对某一典型区域的框架结构进行了详查,得到6个震损结构的尺寸、材料强度和破坏模式,分析表明,具有较小柱轴压比,较大刚重比的结构具有较好的抗倒塌能力。最后,针对尼泊尔RC框架的震害特点,对比我国相关规范规程和以往震害经验,探讨了防止填充墙相邻柱端剪切破坏的措施、防止施工缝对柱的削弱、非结构构件抗震构造措施的必要性,以及震后建筑安全性鉴定的注意事项。     

基于监测数据的结构地震损伤追踪与量化评估方法

基于延性的工程抗震设计允许结构在强地震作用下进入非线性,即允许结构产生地震损伤。从物理和力学的角度,抗震行为模拟与性态评估一般考虑地震损伤的峰值效应和累积效应。但是,由于先验性知识(如滞回耗能、承载力与变形能力)的限制,抗震研究中广泛应用的Park-Ang损伤模型较难直接用于大型在役结构的地震损伤评价。受到控制领域模型参考思想的启发,该文提出一类基于数据驱动的损伤评估模型,能自适应于不同的受力状态与破坏模式,实现综合评估震损结构峰值和累积损伤效应。利用美国NEES计划公开的足尺钢筋混凝土(RC)柱动力试验数据,研究了所提出数据驱动损伤指标与RC柱地震损伤发展的相关性与时域追踪效果,验证了评估指标能有效区分RC柱水平侧移与弯曲变形相应损伤的发展与累积差异。此类基于模型参考思想的新型损伤评估指标,不需要提前获知结构非线性特征和计算滞回耗能,可应用于基于强震观测的工程结构抗震性态评估。     

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

钢筋混凝土柱剪切粘结破坏影响因素分析

剪切粘结破坏是钢筋混凝土压弯构件一种常见的震害形式,剪切粘结破坏柱刚度退化快、延性差、滞回曲线#x0201c;捏拢#x0201d;现象明显、耗能能力差,因此,有必要进一步研究钢筋混凝土柱剪切粘结破坏的影响因素,以避免此类震害的发生。该文通过试验数据和有限元模拟分析了面积配箍率、混凝土强度、轴压比、剪跨比、纵筋直径及加载方式对钢筋混凝土柱破坏形态的影响,结果表明钢筋混凝土柱易于发生剪切粘结破坏的条件为:面积配箍率较大、混凝土强度等级较低、轴压比0.1#x02264;n#x02264;0.5、剪跨比1.25<#x003bb;<2.5、配筋率较大且纵筋直径较大、低周往复荷载作用。     

钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能

针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。     

RC圆柱受弯承载力极限值计算方法研究

运用数值计算方法对钢筋混凝土(RC)圆柱破坏时截面受弯承载力极限值进行计算,计算时考虑了箍筋对混凝土的约束效应和纵筋应力强化效应。计算结果显示截面受弯承载力极限值比规范规定的理论值有较大增加,特别是在轴压较高、箍筋约束效果明显时。截面受压区高度计算是RC圆柱截面受弯承载力计算的关键。圆柱破坏时截面受压区高度主要受轴压比、配箍特征值和纵筋配筋特征值三个参数影响。根据数值计算的结果进行回归,提出了受压区对应圆心角απ计算方法。在此基础上通过理论分析并结合95个大比例试件试验结果,提出截面受弯承载力极限值计算方法,计算结果与试验结果吻合很好。参数分析的结果表明在轴压比为0.6时截面受弯承载力极限值比规范公式计算值能提高60%左右,这一显著的弯矩强化效应值得在设计中引起重视。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型

为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。     

钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的抗震性能试验研究

为更有效提高抗震加固效率, 提出采用钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的思路。制作钢筋钢丝网砂浆加 固、钢筋网砂浆加固和未加固钢筋混凝土方柱三类共9个试件, 进行各柱在竖向恒定轴力和水平向低周反复加载作用下的抗震性能对比试验研究, 测试了各柱的抗震承载力、延性、破坏形态及其滞回特性, 讨论了配箍率、加固形式和轴压比对构件抗震性能的影响。结果表明:相对钢筋网加固柱, 钢筋钢丝网加固柱的耗能能力有大幅度的提高。     

足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究

该文提出了一种角部螺旋箍筋约束的新型空腔式钢筋混凝土框架柱。为了验证上述新型构造的合理性和可靠性,明确该新型空腔式RC柱的抗震性能,设计了3个足尺空腔柱和1个足尺实心柱试件,开展了低周反复荷载下的拟静力试验。对比分析了空腔柱和实心柱的破坏模式、承载能力、变形能力和耗能能力,探究了空腔率和轴力对空腔柱抗震性能的影响规律。结果表明:空腔柱中的螺旋箍筋对混凝土提供了强有效的约束,使得相同轴力作用下的空腔柱延性优于实心柱,同时承载力与实心柱相当;空腔率对空腔柱的破坏模式和抗震性能具有显著影响,低空腔率空腔柱试件和实心柱试件发生了弯曲破坏且延性较好,高空腔率试件发生了弯剪破坏且延性小于低空腔率试件;轴力对空腔柱的破坏模式和抗震性能存在一定影响,低轴力试件延性更好。该文的相关研究成果可为空腔式RC框架柱的进一步发展提供重要参考。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明:采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

Residual strength of blast damaged reinforced concrete columns

Columns are the key load-bearing elements in frame structures and exterior columns are probably the most vulnerable structural components to terrorist attacks. Column failure is normally the primary cause of progressive failure in frame structures. A high-fidelity physics-based computer program, LS-DYNA was utilized in this study to provide numerical simulations of the dynamic responses and residual axial strength of reinforced concrete columns subjected to short standoff blast conditions. The finite element (FE) model is discussed in detail and verified through correlated experimental studies. An extensive parametric study was carried out on a series of 12 columns to investigate the effects of transverse reinforcement ratio, axial load ratio, longitudinal reinforcement ratio, and column aspect ratio. These various parameters were incorporated into a proposed formula, capable of estimating the residual axial capacity ratio based on the mid-height displacement to height ratios.