多层及高层房屋扭转耦联弹塑性地震反应的研究

简要介绍简化的空间模型弹塑性时程分析程序ＺＺＣ的编制原理,当楼板刚性时该空间模型可以退化为串联刚片系模型,应用该程序对均匀偏心结构和人有某层偏心的 局部偏心的结构从静力偏心距、基本平均频率、平扭频率比三个方面进行多层及高层房屋弹塑性平扭耦联地震反应的特性以及结构各构件的强度分布的要求等问题进行研究,得到了较好了的结果。     

速度脉冲地震下偏心剪力墙结构的抗震需求

研究强速度脉冲地震作用下,刚度偏心、强度偏心和组合偏心剪力墙结构的弹性和弹塑性抗震需求。基于轴力-弯矩相互作用模型,选取8条速度脉冲地震记录,进行单层钢筋混凝土(RC)偏心剪力墙结构的动力时程分析,讨论结构的弹性位移和扭转角需求,弹塑性位移、扭转角和延性需求的变化规律,揭示不同偏心形式对结构抗震需求的影响机理。研究结果表明:偏心剪力墙结构在强速度脉冲工况下比在非速度脉冲工况下有更大的抗震需求;轴压比对结构弹塑性抗震需求有一定影响;刚度偏心是影响结构弹性抗震需求的主要因素,而强度偏心对结构弹塑性抗震需求的影响最为显著。建议对偏心剪力墙结构进行弹塑性分析时宜增加强度偏心作为基本参数,并考虑轴力影响和速度脉冲地震效应。     

罕遇地震作用下基础隔震结构损伤的简化分析

以一榀具有集中塑性铰单元模型的基础隔震钢框架为模型,分别采用静力弹塑性分析方法（Push-over）和直接积分的动力弹塑性时程的方法,基于过程追踪,计算了隔震框架各损伤模式首次出现时的层间位移、隔震层位移及框架顶点位移,对比研究了基础隔震结构在地震作用下的损伤.结果表明：Push-over静力弹塑性分析方法可以作为基础隔震结构在地震作用下的结构损伤分析的简化方法;对应于性能点位移的结构动力弹塑性所分析的层间位移等均值结果与静力弹塑性分析结果具有一定的符合程度.     

基于Hoek-Brown准则的非常规态型近场动力学弹塑性模型

岩石介质在不同荷载环境下具有显著的弹塑性变形特征和断裂力学行为。为了同时描述岩石的弹塑性变形连续场以及断裂力学行为的非连续场,提出了一种基于Hoek-Brown强度准则的非常规态型近场动力学（non-ordinary state-based peridynamics, NOSBPD）弹塑性模型。首先,基于非局部变形框架下的材料对应性关系,建立了以Hoek-Brown强度准则为屈服准则的NOSBPD弹塑性本构方程,通过主应力空间的返回映射算法得到给定应变增量对应的应力增量,并给出了相应的增量模型积分算法;其次,提出了基于等效塑性应变的断裂准则,实现了岩石弹塑性断裂全过程力学行为的表征;最后,通过引入非均匀变形状态消除了NOSBPD模拟存在的零能模式问题。基于数值模拟结果与有限元结果以及试验数据进行对比分析,验证了所建立模型的正确性,可为岩石的弹塑性断裂力学行为研究提供有效分析手段。     

多层双向偏心框架结构弹塑性阶段扭平频率比分析

为了探讨多层双向偏心结构在弹塑性阶段平扭耦联变化规律,建立了带有双向抗侧力构件的多层双向偏心结构空间简化剪切模型.利用MATLAB编程和非线性静力分析方法探讨了3层双向均匀偏心框架结构在整个加载过程中的结构频率变化规律.结合由非线性静力分析得到的结构等效层恢复力模型,展开了多层双向偏心结构前3阶频率随扭平频率比和偏心率从弹性阶段到弹塑性阶段整个过程中的参数分析.分析结果表明:弹塑性阶段平扭耦联参数变化规律明显不同于弹性阶段;结构弹塑性发展的不同程度对频率随参数的变化规律有明显影响;结构弹塑性的发展削弱了扭平频率比和偏心率对频率的影响.     

框架-剪力墙偏心结构的MRD减振试验研究

为了验证磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)对偏心结构在地震作用下的平-扭耦联反应控制的效果,进行了振动台试验.首先利用Matlab/dSPACE综合试验环境建立可精确描述MRD滞回非线性的双sigmoid模型及框架-剪力墙偏心结构试验控制系统的仿真模型.并介绍dSPACE实时仿真平台的优点及其软硬件资源,阐述基于dSPACE系统进行振动控制试验系统开发步骤.采用RCP技术对框架-剪力墙偏心结构模型进行地震反应振动台试验研究,试验结果表明了MRD对偏心结构扭转反应控制的有效性及MRD不同位置的影响.     

地震作用下框架结构三维弹塑性反应分析

利用弹塑性有限元理论和ADINA有限元结构分析软件,引入三维梁单元和壳单元,编制了框架结构空间弹塑性地震反应时程分析程序,并建立框架结构空间三维杆系模型,对地震作用下的框架结构进行了弹塑性反应分析,得到了结构的自振周期和顶层水平位移时程曲线.通过振型分析,模拟结果符合建筑物的实际震害,验证了程序的可靠性,表明采用ADINA建立有限元模型进行弹塑性地震反应分析是可行的,并具有较高的精度,为进行建筑结构弹塑性地震反应分析提供了新的手段.     

基于等位移原理的二维能力谱方法

由于无法考虑地震动的多维性和结构的空间耦合特性,现有的结构性态评估方法多数无法用于偏心结构性态评估.在建立等效二自由度模型(EDDOF)的基础上,提出了基于等位移原理的二维能力谱方法,用弹性峰值反应近似计算结构的目标位移,采用模态Pushover分析(MPA)方法求出体系能力谱,并应用于EDDOF模型,进而得到结构性态反应.通过一个偏心钢框架结构算例验证了二维能力谱方法的正确性.结果表明:基于等位移原理的二维能力谱方法用于偏心结构的性态反应评估,具有计算精度可靠、求解效率高的特点.     

顶部偏心缩进结构的扭转效应

对立面不一致结构,即顶部楼层有局部偏心缩进的房屋建筑的弹塑性地震反应进行分析.以一理想的5层钢筋混凝土框架结构为例,分析了顶部偏心缩进25%、50%、75%等不同偏心缩进率结构在单向地震动输入下的弹塑性扭转效应.结果表明：顶部楼层的局部偏心缩进对结构的弹性反应将产生明显的影响;结构进入弹塑性运动后,平扭耦合运动的程度减小,偏心缩进对构件的最小延性要求影响较小.     

钢交错桁架结构动力计算模型的研究

为研究钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,在现有动力计算模型的基础上,提出一种用于研究该结构横向抗震性能的新模型——伪空间模型。基于提出的伪空间模型,运用有限元分析软件SAP2000,进行相应的模态分析和静力弹塑性分析,并与空间模型的计算结果进行了比较。分析结果表明伪空间模型可以较好的模拟钢交错桁架结构的横向抗震性能。     

近海在役钢筋混凝土框架结构抗震能力时变劣化规律

为量化表征近海在役钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的抗震能力时变劣化规律,以氯离子扩散理论为基础,首先研究建立了钢筋锈蚀深度预测模型,介绍了近海在役RC框架结构数值建模方法,进而以可抵御的地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)为指标表征结构的抗震能力,提出了基于能力谱方法的在役RC框架结构抗震能力量化方法,并分析了不同抗震设防水平下近海在役RC框架结构的抗震能力时变劣化规律,建立了相应的量化模型.结果表明:所建立的抗震能力量化方法可以直接量化在役RC框架结构不同破坏极限状态下可抵御的地震强度,从而直观反映近海在役RC框架结构的实际抗震能力;随着服役龄期的增长,近海在役RC框架结构不同破坏极限状态的抗震能力近似呈线性关系退化,且其退化速率随设防水平的降低不断提高;随着设防水平的提高,近海在役RC框架结构抗震能力劣化的起始时间不断提前;所建立的时变抗震能力量化模型可近似表征近海在役RC框架结构抗震能力的时变劣化规律,但尚需实例验证.     

多遇地震作用下错层框架的非线性分析

通过静力非线性分析,对10层钢筋混凝土错层框架在不同烈度地震作用下的抗震性能进行了研究,数值分析中采用了基于纤维模型有限单元柔度法。分析结果表明,抗震设防烈度越高,弹性和非线性情况下的层间位移角误差越大,建议高设防烈度的结构或者重要及布置复杂的结构对多遇地震作用下的变形值进行修正。对于结构抗震设防烈度为7度时,从计算结果看,由于设计的刚度较大,余量克足,没有明显的薄弱部位,因此1／550的层问位移角限值即使为非线性计算结果也完全可以满足。     

CFRP加固RC框架结构振动台试验及损伤机理分析

通过对两个缩尺比为1/4的两层单跨钢筋混凝土框架结构模型的加固、未加固及其震坏后再加固的3次振动台对比试验,探讨了其动力特性、地震反应和损伤破坏情况.同时运用有限元程序建模进行了计算,分析了不同试验模型的损伤机理,对比了根据不同损伤机理进行抗震加固的效果.试验研究及计算分析表明:根据损伤机理的不同,用碳纤维布(CFRP)有针对地加固钢筋混凝土框架结构能够提高其抗震能力,并满足抗震规范要求.     

框架结构消能减震的试验研究

为了改善普通钢筋混凝土框架结构的抗震性能 ,本文根据结构控制的原理提出了一种新型消能减震框架 ,并综合利用不同的消能原理设计了 2种新型消能器 ,进行了 4榀消能减震框架和 3榀普通框架的低周反复荷载试验 ,对比研究了各类框架结构的破坏机理和滞回特性 .试验研究的结果表明该消能减震框架结构具有良好的抗震性能和较广泛的工程应用前景 .     

填充墙钢筋混凝土框架结构简化分析模型及抗震性能系数研究

对结构进行动力和静力分析时,构件单元和模型的准确性将直接影响到分析结果。为在建立填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架简化模型时选择合适的单轴材料与简化模型,使用OpenSees基于三种单轴材料与四种填充墙简化模型结合填充墙RC框架试验对模型的准确性与适用性进行了对比分析。根据对比结果建立填充墙RC框架结构模型,采用Pushover方法对结构进行了整体抗震性能系数的分析。结果表明：Hysteretic材料可以准确地模拟滞回曲线的形状及峰值承载力;单撑杆模型对填充墙的峰值承载力、割线刚度、残余变形模拟较准确;五撑杆模型对对填充墙的峰值承载力与初始刚度模拟较准确;满布布置的填充墙可增大RC框架结构的整体抗震性能系数,底层不布置填充墙会明显导致结构整体抗震性能系数的降低。因此,仅研究填充墙平面内问题时选用单撑杆模型即可,在设计时要考虑填充墙的布置,避免出现底部薄弱层而影响整个结构安全。     

尼泊尔8.1级地震加德满都—樟木沿线民居震害调查与分析

为了分析尼泊尔地震中山区公路沿线自建民居的震害,在对加德满都-樟木口岸公路沿线民居震害调查的基础上,详细介绍了框架结构和砌体结构自建民居的特点,按照地震直接灾害和次生灾害,总结了这2种自建民居结构的震害特征,给出了其地震破坏比例.框架结构基本完好的比例是砌体结构的3倍多,而中等破坏、严重破坏和毁坏的比例约为砌体结构的1/2.根据震害调查和统计分析,得到以下结论:自建框架结构虽未经过正规设计,不满足尼泊尔建筑规范的相关要求,施工质量也比较欠缺,但破坏程度小于自建砌体结构;随公路海拔的升高,沿线民居的震害程度有加重的趋势;山区地震导致的次生灾害对沿线民居建筑的破坏比较严重.     

基于MIDAS Gen的多层钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟分析

汶川地震中大量钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构破坏严重,极震区其倒塌率却远超过多层砖混结构。2022年9月以来,四川频发地震,为重新探讨倒塌机理及抗震性能,本文研究通过实地震害及多层RC框架结构破坏形式,结合数值模型并应用MIDAS Gen有限元计算方法,研究了RC框架结构的倒塌机理、地震响应分析。结果表明：框架柱的破坏与屈服是RC框架倒塌的主要因素,模拟增设填充墙,当地震烈度达到10度时,层间位移角大约1/46,降低柱的轴压比,提高柱的破坏延性,增大结构的极限抗侧能力,起到抗震第一道防线的作用,避免整体屈服破坏。     

基于性能的RC框架结构现浇板式楼梯抗震性能评估

根据已有楼梯抗震试验结果,给出梯段板抗震性能水平及其量化指标;建立框架结构层间位移角与梯段板抗震性能指标之间的关系,并进行楼梯抗震性能宏观评价;基于梯段板、梯柱、与休息平台直接相连的框架柱等楼梯构件,给出既有RC框架结构板式楼梯抗震性能评估的具体方法和步骤.     

考虑节点变形的RC框架梁单元模型

现有结构弹塑性分析软件大部分都是假定钢筋混凝土框架节点完全刚性,不发生任何损伤和破坏.但对于某些工程而言,当遭遇中震或大震时,节点处梁筋的粘结滑移及节点开裂或破坏就变得在所难免,这就不符合节点刚性的假定.本文根据已有的实验结果和结构理论分析了相应的节点变形,最后探索性地提出了一种考虑节点变形的RC杆件单元模型概念,以供在混凝土框架结构弹塑性地震反应分析中参考.     

混凝土本构关系对抗震性能评估影响研究

为了研究混凝土本构关系对抗震性能评估的影响,运用目前已广泛应用于结构抗震性能评估的结构分析软件SAP2000,选用及比较了我国规范以及美国规范建议采用混凝土材料本构关系和SAP2000中默认的混凝土材料本构关系,分别采用集中塑性铰模型和截面纤维单元模型对比分析一幢六层RC平面框架结构构件弯矩-曲率关系和对该框架结构进行抗震性能评估。研究表明:在不同计算理论模型下,采用上述三种混凝土材料本构关系分析得到构件弯矩曲率关系和结构能力曲线差值范围都在15%以内,在具体工程结构抗震性能评估时,可直接选用SAP2000默认混凝土材料本构关系,提高结构计算收敛性和抗震性能评估效率。