速度脉冲地震和结构偏心耦合效应对结构影响系数的修正

研究结构偏心和速度脉冲强震双重耦合不利对钢筋混凝土框架体系结构影响系数的修正措施。通过理论推导建立该耦合不利效应对结构影响系数的修正方法,给出修正系数计算流程。以最不利的强度偏心框架为对象,分别选取10条速度脉冲型和非速度脉冲型地震加速度记录,开展非线性动力时程分析,量化速度脉冲地震效应、偏心率、结构延性和楼层数对修正系数的影响规律。基于数值分析结果,建立修正系数的拟合关系式。结果表明,速度脉冲地震工况下的修正系数明显大于非速度脉冲工况。修正系数随偏心率增大,先线性增大后非线性急剧增大。偏心较小时,延性对修正系数的影响较小;偏心较大时,修正系数随延性的增大而减小。楼层数对修正系数无明显影响。拟合的修正系数关系式可为抗震设计中综合考虑速度脉冲地震和结构偏心的不利影响提供参考。     

型钢混凝土异形柱框架结构平扭振动反应及地震内力分析

通过对5层实腹式型钢混凝土异形柱空间框架结构模型进行三向地震模拟振动台试验,获得了结构平动、扭转、平扭耦合动力特性,并对结构的多维地震反应、耗能能力、损伤程度、地震内力及平扭振动规律进行了综合分析。结果表明:模型结构前4阶自振频率对应的振型形态依次为X向平动、Y向平扭、扭转和Y向平动;随着地震强度的增加,型钢混凝土异形柱框架结构的自振频率不断下降,加速度放大系数逐渐减小,结构塑性变形不断发展,结构内部损伤逐渐累积,地震能量耗散不断增加,整体累积滞回耗能时程曲线呈台阶势跃迁;在历经0.80g地震作用后,模型结构平扭耦合引起的层间位移角最大值为1/39,超过弹塑性层间位移角限值要求,模型结构的变形和能量双参数模型损伤指数达到0.56;对比模型结构扭转效应发现,偶然偏心平扭耦合作用对模型结构的抗震性能影响较小,其偶然相对偏心距小于0.1;分析计算模型抗扭刚度、地震内力可知,在加载后期,随着水平侧移的增大,楼层的等效抗扭刚度退化并不明显,表明结构具有良好的抗震性能和抗扭变形能力。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比研究

为研究不同强度组合、不同层数高强钢组合K形偏心支撑框架结构(K-HSS-EBFs)的抗震性能,设计了10层、15层和20层三组不同强度组合的K形偏心支撑框架结构算例,选取10条地震记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的层间位移角,耗能梁段转角和塑性应变。研究表明:K-HSS-EBFs的层间侧移角沿结构高度分布与普通钢偏心支撑框架结构一致;罕遇地震作用下,K-HSS-EBFs的层间位移角满足抗震规范的限值要求,K-HSS-EBFs具有良好的耗能能力和足够的承载能力;Q690-X承受的地震作用和耗能梁段转角更大,用规范规定的弹塑性层间位移角限值作为控制指标进行设计偏保守;基于性能的抗震设计方法能够保证EBFs在罕遇地震作用下仅耗能梁段进入塑性,其他构件保持弹性,突出耗能梁段在偏心支撑结构中的耗能作用。     

考虑退化、捏拢和双向耦合效应的等强度延性需求谱

传统的等强度延性需求谱通常难以有效地考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应以及双向恢复力耦合效应的影响。鉴于此,基于双轴Bouc-Wen-Baber-Noori模型,建立了双向地震激励作用下单质点双自由度体系非弹性地震反应谱的基本方程,并定量分析了强度退化、刚度退化、捏拢效应和双向恢复力耦合效应对结构地震延性需求的影响,进而分别建立了等强度延性需求的均值谱和标准差谱的预测方程。分析结果表明:强度退化、刚度退化和捏拢效应会增大结构的地震延性需求;双向恢复力的耦合效应对地震延性需求的影响,取决于结构沿两个主轴方向地震耗能能力的相互竞争;退化、捏拢和耦合效应会明显增大结构地震延性需求的标准差,且非线性程度越高,随机性表现越明显;随着结构沿两个主轴方向自振周期的增加,等强度地震延性需求的均值和标准差均逐渐减小。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验

为进一步研究混合试验方法的有效性以及高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能,建立了一套基于OpenFresco试验平台的混合试验系统,进行了一个1:2缩尺的3层高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构模型的混合试验。首先通过小工况的预加载研究试验系统的有效性,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差。然后对试件进行正式的混合试验加载,分析了高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构在不同工况下的自振频率、位移反应、水平地震作用、滞回性能以及关键部位应变。结果表明:作动器加载位移峰值与计算位移峰值比较接近,最大相对误差为13.60%,各工况下作动器平均每步的加载时差保持在20 ms左右;随着地震波加速度峰值的增大,模型的自振频率下降,刚度出现了一定的退化。各层的变形主要产生在消能梁段的腹板处,以剪切变形为主。模型结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间侧移角分别为1/1068和1/197,符合抗震设计规范对层间侧移角限值。综上,基于OpenFresco试验平台的混合试验系统能够较好的反应结构的地震响应,高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能。     

转动地震动作用对结构动力响应影响分析

转动地震动作用对结构响应的影响有待深入研究。建立钢筋混凝土框架结构模型,对地震动平动分量和转动分量单独及耦合作用下的结构动力响应进行分析,结果表明：地震动转动分量与平动分量耦合作用时,会增大结构响应;结构顶层位移、层间扭转角、结构的扭转效应都显著增大;含有速度脉冲比无速度脉冲的转动分量与平动分量耦合作用对结构响应影响大;地震动转动分量的施加方向对结构动力响应有影响;在有速度脉冲的地震波作用下,转动分量单独作用也可使结构进入弹塑性状态。     

强震作用下竖向不规则结构的延性折减系数研究

通过修正参考竖向规则结构的抗震延性折减系数,研究竖向不规则结构在速度脉冲强震作用下的延性折减系数。采用集中质量剪切型多自由度模型,阐述了速度脉冲地震作用下竖向规则结构延性折减系数运用于竖向不规则结构的修正系数研究方法,分析了该修正系数的影响因素。分析结果表明,竖向不规则结构的延性折减系数明显小于参考规则结构的延性折减系数。修正系数的主要影响因素是不规则比率和延性系数,其随着不规则比率减小或延性需求增大而减小。周期和楼层数对该修正系数的影响较小。同时,通过比较得出,速度脉冲地震作用下修正系数比相应非速度脉冲地震作用下修正系数值小。最后,通过对计算结果取平均值,给出了修正系数的建议值,并与欧洲抗震规范中修正系数的取值进行了比较。     

常延性系数弹塑性位移谱及其应用

采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数μ为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。     

西安火车站东配楼复杂连体结构振动台试验及数值模拟

通过对西安火车站东配楼结构的缩尺模型振动台试验,考察结构在不同水准地震作用下的破坏模式和抗震性能。对模型结构进行数值模拟,对比分析了不同工况下结构的自振频率、加速度和位移等动力响应的发展规律。结果表明,模拟计算结果与试验吻合较好,在8度罕遇地震后结构刚度退化最明显,其中小三角区X、Y向刚度分别降低了39.66%、37.50%,模拟值也达到了33.43%、28.79%,相差不足6%。连体结构在弹性和弹塑性阶段的最大层间位移角分别为1/554和1/53,满足抗震规范的限值要求。大跨度桁架采用滑动支座可有效释放小三角区与大区间的相对位移,保证了连体结构较好地协同工作和变形能力。在9度罕遇地震下,叠层桁架动力响应较大,刚度退化率达到23.73%,平面外扭转角1/56,位移比达到1.36,建议设置黏滞阻尼器控制桁架振动。     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架弹塑性状态的层剪力分布研究

高强钢组合偏心支撑钢框架结构中耗能连梁作为屈服构件采用普通钢（如Q345）,而非耗能构件采用高强度钢材（如Q460）,高强钢构件不仅有效降低了构件截面、节约钢材、降低造价,而且减弱了偏心支撑结构的刚度,使得层剪力分布状态与传统偏心支撑结构不同。为了研究这种新型结构在罕遇地震作用下的弹塑性层剪力分布状态,依据偏心支撑钢框架结构基于性能的设计方法设计了具有理想失效模式的5层、10层、15层和20层算例,并考虑了近场地震速度脉冲效应和远场地震加速度循环累计效应对结构的影响,采用动力时程分析方法计算结构在罕遇地震水准下的响应,根据结构弹塑性层剪力的平均值,提出了与我国规范相一致的弹塑性层剪力分布模式,并对比了已有的层剪力分布模式,该文建议的层剪力分布模式具有更高的精度,可为高强钢组合K形偏心支撑能量设计方法和塑性抗震设计理论提供参考依据。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

压弯剪扭钢筋混凝土十形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力钢筋混凝土十形柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土十形柱试件进行恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和形态,获取扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力该类柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明:在扭弯比小于0.21且轴压比小于0.34范围时,低周反复压弯剪扭钢筋混凝土十形柱的破坏形态表现为弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢状的S形,位移延性系数超过3.0,开裂时的侧移角大于1/550,破坏时的侧移角大于1/40,能满足我国建筑抗震设计规范要求;扭矩的存在使得材料的损伤更严重,耗能更大。     

近断层地震下小半径曲线桥碰撞响应的振动台试验研究

为揭示小半径曲线桥相邻联碰撞导致的地震破坏机理,以某两联多跨小半径曲线桥为工程背景,开展振动台试验研究。分析在不同地震动下相邻联周期比变化对曲线桥梁端位移、墩梁相对位移、碰撞力等的影响规律;在近断层地震下,分析受独柱墩横桥向偏心效应影响时,邻梁碰撞对结构动力响应的变化规律。试验研究表明:近断层脉冲地震下,随着周期比的增大邻梁碰撞效应先增加后减小,在近断层非脉冲地震动及远场地震动下,随邻梁周期比减小地震碰撞响应逐渐增大;独柱墩在梁底的横向偏心会加剧地震作用下主梁运动形式的变化,导致扭转加大,横向位移明显,更易发生非均匀碰撞,加剧主梁的局部损坏。该文研究成果可为考虑碰撞的曲线桥抗震设计提供科学依据。     

复杂偏心结构振动台试验水平与扭转位移分析

通过复杂偏心结构大型振动台试验,进行了复杂偏心结构水平位移与扭转位移耦联分析。通过对有代表性的楼层进行分析表明,楼层平扭耦联反应程度与各自的频率有关,当楼层平动反应频段与扭转反应频段相近时,楼层的层间平动位移与扭转位移峰值出现的时间基本相同;结构进入塑性后导致水平刚度明显下降,而扭转刚度则下降不多,从而导致结构的平扭耦联反应程度降低,层间水平位移所占比例明显大于弹性阶段,从而为复杂偏心结构的抗震性能研究提供试验与理论依据。     

基础偏心时土-非对称结构相互作用体系参数分析

为分析基础偏心对非对称结构平扭耦联的影响,建立了考虑基础偏心的地基土-非对称结构相互作用运动方程。利用强解耦方法解耦后,编制MATLAB程序。分别详细分析了基础质量偏心率和刚度偏心率对上部结构地震反应的影响程度。得出基础质量偏心率对上部结构的影响很小,而基础刚度偏心率对上部结构的影响相对明显,尤其是对结构扭转反应的影响。通过对基础刚度偏心率为?0.6与0.6两种情况进行时程分析,验证了参数分析所得到的规律。     

考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型,在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下,分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制,罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制;是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下,考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB50011-2010)要求,双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。     

实腹式型钢混凝土T形柱抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土T形柱的抗震性能,进行了10个试件的水平加载试验,考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了试件的受力过程和破坏形态,分析了荷载-位移曲线、侧移角、延性、强度、刚度及耗能等力学性能。结果表明,试件均发生弯曲破坏,但不同加载制度下试件的破坏形态不同;试件的滞回曲线饱满,极限侧移角介于1/36~1/9,位移延性系数介于3.97~12.11,破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.319~0.374,体现出良好的变形和耗能能力;随着加载循环次数的增多和轴压比的增大,试件的延性降低,强度衰减和刚度退化加快;随着配钢率的增大,试件的延性提高,强度衰减和刚度退化变缓。     

弹塑性时程分析中地震动输入处理方式影响

以包含残余永久位移和(或)速度脉冲的强震动记录为重点分析对象,针对强震动滤波以及基线校正方式等不同处理方式对结构弹塑性响应的影响展开对比研究。考虑了多项式基线校正,Butterworth因果滤波,以及基于残余位移趋势线基线校正等几种常用的强震动记录处理流程和方法。首先以2018年台湾花莲地震,2014年云南鲁甸地震,日本311地震等代表性的强震动记录为输入,通过单(多)自由度体系以及典型平面RC框架的数值模拟结果,从结构弹塑性反应谱,层延性需求,以及最大层间位移角等方面对比研究了不同记录处理方式的影响。对比结果表明速度脉冲形状与相位是否完整保留对于结构的弹塑性响应有很大影响,对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth因果滤波在滤除噪声的同时不仅消除了地表残余永久位移,同时使速度脉冲形状产生了畸变,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响,该文推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法对该类近断层记录进行逐条处理。最后,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,该文中弹塑性时程分析结果表明记录处理方式的影响并不显著。为了尽量消除因果滤波对记录时程相位谱的影响,我们给出了基于非因果滤波的批量化强震动记录处理流程供参考。