既有RC框架结构BRB加固方案对比研究

为比较附加防屈曲支撑框架和附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构后的抗震性能,通过PERFORM 3D软件对两种加固方案下的一幢美国加州20世纪70年代14层RC框架结构进行建模,采用基于性能的抗震设计方法对加固结构进行静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析,比较了两种加固方案下结构层间位移角、层间剪力、防屈曲支撑框架层间剪力比以及结构底柱轴力的不同动力响应。分析结果表明,采用附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构更为可行,研究为既有RC框架结构抗震加固提供参考和指导。     

摇摆架减震框架结构静力弹塑性分析

摇摆架减震框架结构是在原RC框架结构上增设轻型摇摆钢架而成。依据我国抗震规范设计了一栋抗震设防烈度为8度的6层RC框架结构及轻型摇摆钢架,对摇摆架减震框架结构的抗震性能进行了研究。利用Open Sees软件建立RC框架以及轻型摇摆钢架有限元模型,并对该模型进行静力弹塑性分析,分别从荷载-位移曲线、能力谱、性能点和层间位移角四个角度分析了摇摆架减震框架结构的抗震能力。结果表明:摇摆架能够有效分担原结构的基底剪力,在相同的顶点位移下,使原结构的承载力提高37%左右;增设摇摆架对原结构弹性状态下的刚度及周期影响较小,而当结构进入塑性阶段后,该摇摆架可以增加结构刚度并降低结构响应;在7度和8度罕遇地震作用下,原结构产生较大的层间位移角并且出现层屈服机制,利用摇摆架后不仅能够降低结构的响应,而且可以使结构保持在整体屈服机制下。     

混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析

为研究框架摇摆墙结构体系的抗震性能,以1个6层混凝土框架结构模型为例,利用通用有限元软件SAP2000建立了该结构的简化模型,并通过弹塑性动力时程分析,得到了附加摇摆墙前后结构的地震响应。分析结果表明:附加摇摆墙后,结构以摆动振型振动,各层的层间位移角趋于一致,结构层间变形的集中得到有效控制,从而使结构形成整体屈服破坏机制,防止局部层屈服破坏机制的产生,充分发挥整个结构的耗能能力;附加摇摆墙后,结构周期略有减小,不会显著增加结构基底剪力,即使仅附加高度为结构总高度一半的摇摆墙,也能有效控制结构底层的变形集中;该框架摇摆墙结构体系具有良好的抗震性能。     

基于变形和能量双参数损伤的消能摇摆架-框架结构抗震性能分析

为研究消能摇摆架对钢筋混凝土(RC)框架结构的损伤控制作用及其应用于工程抗震加固的可行性,对一栋五层设计有消能摇摆架-框架的RC混凝土框架结构,与设计有屈曲约束支撑加固的消能减震结构、设计有摇摆墙加固的抗震结构和基础隔震结构进行抗震性能对比,通过分析在近场脉冲地震动、近场无脉冲地震动和远场地震动作用下各结构的位移、耗能情况,计算各结构的楼层损伤指数。分析结果表明:消能摇摆架能够有效抑制RC框架结构层间变形发展,减少结构耗能,降低RC框架结构的损伤,可用于结构的抗震加固。     

钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计

RC框架结构基于位移的抗震设计以框架的侧移曲线为基础,将多自由度体系转化为等效单自由度体系。在等效线性化的前提下,用弹塑性位移反应谱求出结构等效周期,得到层间剪力,进行结构构件刚度和承载力设计。同时将框架结构的弹塑性层间位移转化为梁、柱构件的目标侧移角,以确定构件的配箍特征值,保证结构预期的变形能力。该方法可以很好的控制结构在不同强度水准地震作用下的性能。     

摇摆防屈曲支撑RC框架抗震性能研究

为研究摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能,利用Open Sees建立8层3跨钢筋混凝土框架(RCF)、防屈曲支撑钢筋混凝土框架(BRBF)与摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架(RBRBF)有限元模型,并进行弹塑性动力时程分析,从层间位移角、最大顶层位移、最大基底剪力和最大底柱轴力等结构响应角度,研究二维和三维模型分析间关系、BRB和摇摆柱脚单向与双向布置方式对结构性能的影响,给出二维模型分析代替三维模型分析转化系数建议值。结果表明:双向布置时框架层间位移角沿楼层均匀分布,避免了层屈服破坏; RBRBF对BRBF带支撑底柱轴向拉力最大降低率达62%-79%,提高了结构抗震性能。     

某框架结构采用软钢阻尼器的减震效果分析

简要对比校安工程中的传统加固方法和新型耗能减震技术,指出位移型软钢阻尼器的使用情况、使用优点、耗能原理及其力学模型。结合某学校建筑的框架结构,利用三维空间有限元软件ETABS软件,对设置软钢阻尼器前后的框架结构,进行多遇地震下的反应谱分析和时程分析,以及罕遇地震下的时程分析,从层间位移角、顶部绝对位移和层间剪力三个性能指标分析软钢阻尼器的减震加固效果,并进行了简要分析。结果表明,软钢阻尼器耗能减震特性较好,能够明显降低结构的地震响应,认为软钢阻尼器的使用能够很好达到结构减震加固的目的。     

BRB在既有单跨多层混凝土框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某单跨多层混凝土框架结构进行了抗震加固,使用有限元分析软件SAP 2000对结构加固效果进行了验证,且对结构在多遇地震作用下的抗震性能进行了分析,对比了加固前后结构的侧向位移、层间位移角及周期比。以OpenSees有限元分析软件建立了加固框架的有限元分析模型,从美国太平洋工程研究中心(PEER)选取10条地震动记录调至设防烈度和罕遇地震水平进行了动力时程分析。结果表明:对单跨多层混凝土框架结构采用防屈曲支撑进行抗震加固,可以明显提高结构的刚度、耗能能力,有效地减小结构动力响应,降低震后加固修复费用;布置BRB后明显改善了结构抗震性能,在设防烈度水平可以有效避免结构构件的轻微损伤及非结构构件的破坏,而在罕遇地震水平不仅避免了结构层间位移角超过弹塑性层间位移角限值2.0%,而且有效避免了结构的薄弱层破坏。     

销钉式防屈曲支撑在结构抗震加固中的应用研究

销钉式防屈曲支撑具有普通防屈曲支撑良好耗能的特点,本文对此支撑进行抗震加固分析。原结构存在超筋、层间位移角不满足规范限值的问题,采用非线性有限元软件SAP2000进行了加固抗震分析,对比了多遇地震作用下销钉式防屈曲支撑框架结构与普通防屈曲支撑框架结构模拟结果。结果显示装有销钉式防屈曲支撑的框架结构层间位移角与结构基底剪力减小率优于普通防屈曲支撑框架结构;罕遇地震作用下,采用Perform-3D有限元分析软件进行分析,分析结果表明:安装了销钉式防屈曲支撑的框架结构不仅能够满足抗震规范的层间位移角还有助于减小柱子所受压应变,并且销钉式防屈曲支撑耗能饱满,保证了框架结构的安全。     

框架-摇摆墙结构的刚度比对框架结构抗震性能的影响

为研究框架-摇摆墙结构的刚度比对框架结构抗震性能的影响,通过弹塑性有限元软件SNAP建立不同平均层剪切刚度的框架结构,并增设不同刚度比的摇摆墙进行分析比较。结果表明:随着框架-摇摆墙刚度比的增大,结构的层间位移角有不同程度的减小,且层间位移角沿高度方向的分布趋于均匀;原框架结构的平均层剪切刚度越小,框架-摇摆墙刚度比变化的影响越明显;刚度比增大到2.0%时,对结构屈服机制产生影响;框架结构平均层剪切刚度越小,其达到屈服所需的框架-摇摆墙刚度比越大。     

外附SRC摇摆架提升RC框架结构抗震性能研究

针对摇摆墙在地震作用下耗能能力差、对建筑功能产生影响的缺点,基于刚度需要和耗能需求,提出了型钢混凝土摇摆架。通过有限元软件SAP2000对六层钢筋混凝土框架结构建立外附SRC摇摆架前后的有限元模型,通过静力弹塑性分析得到了结构的基底剪力-顶点位移曲线,不同地震烈度下的性能点、塑性铰分布、层间位移角与楼层剪力,对两者的分析结果进行了比较。研究结果表明,外附SRC摇摆架能提高框架结构的侧向承载能力以及耗能能力,可以有效避免层间变形集中,提高了结构的抗震能力。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构设计方法

现有减震设计方法需进行繁琐的迭代,其效率有待提高。基于剪力比的概念,采用黏弹性阻尼腋撑,设置罕遇地震下腋撑与框架结构的耗能比,提出了基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构抗震设计方法。选取7条地震动记录,根据不同剪力比 α 对6层、9层、12层模型设置不同参数的腋撑,进行罕遇地震下弹塑性动力时程分析。研究了腋撑耗能占地震输入结构总能量的关系,并将各模型最大层间位移角与GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定值进行了对比。从层间位移角、层剪力、顶层最大位移值、顶层峰值加速度等方面比较了结构的减震效果。研究结果表明：对于高40m以下的框架结构,耗能比为0.6时,剪力比 α 的合理取值范围在0.10~0.20之间;剪力比α取0.15时,RC框架结构的最大层间位移角、顶层最大位移值均减少34%~45%,层剪力、顶层加速度峰值均减少19%~23%。     

现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响

为了研究现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响,分别按考虑和忽略现浇楼板及其钢筋对梁抗弯能力的增强作用,建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型,采用四种不同的侧向加载方式对其进行pushover分析,对比框架顶点位移-基底剪力曲线、塑性铰出铰顺序、屈服机制、层间位移等抗震性能指标。分析结果表明:现浇楼板及其钢筋将提高框架梁的抗弯能力,从而改变罕遇地震作用下结构的破坏模式。建议抗震设计中考虑现浇楼板的影响,尤其是罕遇地震作用下宜考虑板内钢筋约束效应。     

特征延性系数谱及RC框架的目标位移

通过大量计算分析 ,探讨了地震作用下弹塑性单自由度体系位移延性系数 μΔ 与特征强度比cy,屈服位移Δy 之间的关系 ,建立了单自由度体系的 μΔ cy Δy 曲线 ,即特征延性系数谱。提出了两种确定钢筋混凝土框架的屈服基底剪力和屈服顶点位移方法。探讨了通过多 单自由度体系转移 ,利用特征延性系数谱和结构的弹性参数求解规则均匀框架弹塑性目标位移的方法。还给出了一个 1 2层规则RC框架目标位移计算的算例。     

盖板加强节点钢框架结构层间屈服位移角的研究

结构的层间屈服位移角是量化结构位移延性系数的重要参数,也是结构抗震性能评估的重要指标之一。为研究不同设计参数对盖板加强节点钢框架结构的层间屈服位移角的影响,采用有限元软件ABAQUS建立了4个系列共计12个足尺钢框架子结构有限元模型,并进行了滞回性能分析,基于FEMA 273建议的方法确定了钢框架子结构的层间屈服位移角。研究结果表明:结构层高对盖板加强节点钢框架层间屈服位移角影响较小,而结构跨数、跨度、钢梁截面对盖板加强节点钢框架的层间屈服位移角影响较大。     

隔震技术在某体育馆加固工程中的应用与分析

本文以某中学局部4层框架结构体育馆抗震加固工程为背景,利用SAP2000软件,建立了框架结构体育馆的有限元分析模型,通过模态分析与动力时程分析得到非隔震结构与隔震结构在多遇、罕遇地震作用下结构周期、层间剪力、层间位移、层间位移角和顶层加速度等地震响应参数,比较并分析了体育馆采用隔震技术后的减震效果。结果表明:采用隔震技术加固方案后,结构的地震响应得到明显的降低,从而显著地提高了结构的抗震能力。利用该方法加固,节约造价,施工方便,可供同类工程参考。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

罕遇地震作用下框架变形的简易判断及楼层屈服强度系数的计算

框架结构在多遇地震作用下的层间弹性位移角,如果小于本文给出的弹性位移角限值[θe1],则该结构在罕遇地震作用下的层间弹塑性位移角,亦小于抗震规范要求的[θp].楼层屈服强度系数可由柱配筋率、轴压比等参数计算.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.