框架-核心筒高层混合结构的三维空间弹塑性抗震分析

准确预测结构在强震作用下的非线性行为,对评估结构抗震设计的安全性具有重要意义。在总结了现有的结构弹塑性分析模型基础上,以通用有限元程序MSC.MARC为平台开发了一系列新的结构弹塑性分析模型。通过对试验的模拟,表明这些模型可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,能够较好地模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为。同时,借助通用有限元程序的前后处理功能和非线性计算功能,这些模型可以细致地模拟地震作用下整体结构的三维非线性地震响应。利用所开发的分析模型,对一个复杂框架-核心筒高层混合结构实际工程进行了弹塑性动力时程分析,较好的模拟了该工程结构在地震作用下的复杂抗震行为,并根据不同强度地震作用下的分析结果,说明该工程外框架与4个子筒组成的核心筒可组成有效的双重抗震结构体系,并具有连梁、子筒和外框架三道抗震防线,为工程抗震设计提供依据。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

基于结构强震记录框剪结构自振周期经验公式

为改善钢筋混凝土框架剪力墙结构抗震设计,完善框剪结构自振周期计算经验公式。选择美国获得结构强震记录的40座框剪结构建筑物,采用可适性在线系统辨识算法分析建筑物在地震作用下是否发生非线性时变反应,并利用含外部参量的自回归模型ARX系统辨识算法,识别所有结构处于完好状态时的自振周期,对自振周期进行非线性最小二乘回归统计分析,得到一个基于结构强震记录的框剪结构自振周期经验公式,并利用两个框剪结构实例对公式有效性、可靠性以及计算精度进行验证。结果表明:所得自振周期经验公式计算结果比我国现行建筑结构荷载规范经验公式计算结果要大,并且随着结构高度增加,差别增大。所得经验公式可供规范修订、框剪结构抗震设计或研究参考使用。     

模型参数不确定性对结构抗地震倒塌能力影响的定量估计

以设计基准期内地震倒塌的概率作为工程结构抗震设防的目标,已经成为国际抗震领域研究的重要方向,而预测结构地震倒塌概率时应充分考虑结构参数不确定性的影响。为此,本文以RC框架结构为基本研究对象,基于非线性动力时程分析,采用IDA方法和中心点法,估计模型参数不确定性对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响。结合4个RC框架结构算例,分析了结构在地震作用下抗倒塌能力对10个主要模型参数的敏感性。分析表明,源于模型参数的不确定性bMDL对抗倒塌能力的影响可达到地震动不确定性bRTR的50%~65%,应予以合理考虑。其中,结构抗倒塌能力对混凝土极限强度fu、混凝土极限压应变eu的取值最为敏感。     

钢筋混凝土梁变形指标限值研究

基于性能的抗震设计关键在于可靠的结构弹塑性分析及合理的结构性能指标选取。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对结构构件在地震作用下的变形需求主要由相关的构造措施来保证,未能给出各结构构件在一定构造条件下变形性能的量化指标,因此无法给出结构构件层次的损伤状况。研究RC梁的性能指标限值是为了定量分析地震作用下RC梁的变形性能,建立判断RC梁性能水准的判定标准。采用ABAQUS非线性有限元分析软件对468根RC梁的破坏形态、变形性能及影响因素进行研究,根据有限元分析结果,对RC梁破坏形态的判定准则进行分析,并确定了RC梁的变形性能及现行建筑抗震设计规范所对应的5个性能状态的变形性能指标限值。结果表明:所提出的破坏形态划分标准能较好预测不同的破坏形态;可依据剪跨比、弯剪比、名义剪应力水平分类给出钢筋混凝土梁的变形指标限值。     

底部框剪配筋砌块砌体房屋弹塑性地震反应的数值模拟

在总结底部框剪砖房和配筋砌块砌体的抗震性能研究成果的基础上,对底部框剪上部配筋砌块砌体结构的抗震特性进行了初步研究。采用层间剪切模型和三折线骨架曲线恢复力模型,分别按6、7、8度区的多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度,输入ElCentro地震波,模拟此类房屋的线性和非线性地震反应。通过分析加速度和位移地震反应,恢复力和层间位移角的变化,考察了该结构的抗震性能和抗震能力。结果表明:底部两层框剪上部六层配筋砌块砌体结构(高25.5m)可用于8度地震区,这种结构的底部框剪层是薄弱部位;应提高框剪层的水平地震剪力设计值,增强延性设计,提高抗倒塌能力。     

钢筋混凝土柱地震破坏模式及考虑剪切变形的抗震性能研究进展

强震作用下钢筋混凝土（RC）柱如果设计不合理、抗剪措施不当或缺乏必要的抗震构造等会发生低延性的弯剪或剪切破坏,进而引发结构发生局部或整体倒塌,造成重大损失。为研究弯剪和剪切型RC构件的地震损伤机理和抗震性能,总结了RC柱的主要地震破坏模式、破坏模式判别方法以及剪切变形对柱抗震性能影响的研究进展。结果表明：RC柱的地震破坏模式主要有弯曲、剪切及弯剪型三种,其中弯剪破坏模式的界定和判别是研究的难点和重点;剪切变形对弯剪型RC柱抗震性能的影响主要体现在塑性变形阶段,但定量分析该影响的方法目前仍以经验模型为主,缺乏相对统一的力学模型。此外,已有的相关研究忽略了复杂的地震作用（即往复荷载作用历史）对柱破坏模式和损伤特性的影响,这需要在今后的研究中予以重点关注。     

高层钢框架考虑损伤累积效应的地震倒塌分析方法

针对结构倒塌破坏的不确定性,提出一种用于高层钢框架结构在强震作用下结构倒塌全过程模拟的数值方法,该方法采用基于中心差分法的显式积分格式,通过定义结构的层损伤,将修正的K&K模型应用到结构中,以考虑结构在地震作用下强度和刚度的退化规律。通过编制有限元程序将该方法用于分析20层benchmark模型结构倒塌全过程和倒塌机理。分析表明,该考虑材料损伤累积效应的方法能更精确地确定高层钢框架结构的失效极限荷载,且在未知结构的失效破坏模式前提下,可较好地模拟在地震作用下结构的失效路径以及倒塌全过程和揭示结构的倒塌机理。     

型钢混凝土框支剪力墙结构地震易损性分析

型钢混凝土框支剪力墙结构具有延性好、受力特性明确等特点,在转换结构中应用广泛。但目前针对此类结构的地震易损性方面的相关研究较少,也缺乏相应震害资料,整体结构抗震性能研究仍不充分。因此,为研究型钢混凝土框支剪力墙结构在不同地震水准作用下的抗震性能,以某实际工程为背景,建立了非线性分析模型,采用基于增量动力分析的方法对结构进行地震易损性分析,建立起地震动强度与结构破坏程度之间的关系,对结构的抗震性能做出评估,预测结构达到各种极限状态破坏时的失效概率。分析结果表明:结构在小震作用下能够保持完好,基本未出现损伤;中震作用下结构产生轻度损伤,损伤仍处于可控范围;罕遇地震作用下结构产生倒塌破坏的概率很低,抗倒塌能力储备充足。     

RC框剪结构强震作用下破坏模式合理性评价方法研究

结构破坏模式的合理性评价方法是抗震防灾决策的重要依据,现有的评价方法往往侧重于结构的安全性或者经济性的某一方面对破坏模式进行评价,且目前综合考虑RC框剪结构安全性和经济性的定量评价方法没有出现。在总结以往研究者的安全性指标和经济性指标的基础上,结合建筑抗震设防类别、地震动、建筑使用功能等因素,提出RC框剪结构按权重分配考量安全性和经济性的破坏模式综合评价方法,并在现有的统计资料的基础上确定方法中的参数取值;同时,基于不同刚度特征值的四个框剪结构模型对综合评价方法进行验证。分析结果表明:提出的考虑安全性与经济性的RC框剪结构综合评价方法与单一考虑安全性或经济性的评价方法相比具有更好的区分性、实用性、适用性,合理可行,为确定RC框剪结构的合理破坏模式做了必要的准备。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于“强墙肢弱连梁”合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能EH,EH 在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架 剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

Seismic vulnerability assessment of reinforced concrete silo considering granular material‐structure interaction

As a special shell structure, silos are used in storing a wide range of multitudinous granular materials. However, seldom have researchers assessed seismic vulnerability of the reinforced concrete (RC) silo. This paper aims at studying the seismic vulnerability assessment of a silo, which is located in Zhoushan, China. Prior to assessing the seismic vulnerability of the selected RC silo, the validation of the hypoplastic constitutive model, which is used to simulate granular materials, is studied. After discussing the validation of the hypoplastic theory, the numerical model considering granular material‐structure interaction is developed by means of the ABAQUS software. And the numerical simulation results are compared with the experimental data obtained from a shaking table test discussed in order to confirm the validation of the numerical model, which is used to study the seismic vulnerability of the RC silo. Then the seismic fragility assessment of the selected RC silo is performed using the incremental dynamic analysis. The analytical results showed that the hypoplastic theory can be used to simulate the stored materials in the silo considering the collapse property before entering plastic state of granular materials. For the design basic acceleration, the fragility curves of the selected RC silo showed that the probability of exceeding the no or light damage state was about 2.12%. For the maximum considered earthquake, the exceeding probability of no or slight and the moderate damage states was 17.63% and 1.31%, respectively. With respect of the severe and total damage state, the exceeding probabilities were almost zero. Therefore, the selected RC silo structure has enough safety stock to withstand strong earthquakes in the future. Finally, a general design procedure considering seismic fragility assessment was presented in order to provide references for other structure design. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

大空间砖-混凝土组合结构弹塑性地震反应与计算倒塌研究

建立了大空间砖-混凝土组合结构弹塑性分析模型,分别采用纤维单元、多弹簧单元和斜撑单元模型模拟大空间结构的墙体完成结构弹塑性地震反应计算,研究了大空间结构计算模型和计算方法的适用性,提出了结构计算倒塌概念,认为纤维单元与多弹簧单元模型不适合用于模拟强震下大空间结构的连续墙体。进行了大空间砖-混凝土组合结构的弹塑性地震反应计算,研究了结构在小震、中震和大震作用下的受力特性和破坏形态,结果表明,这一大空间结构可以满足小震不坏和大震不倒的基本设计要求,分析发现了结构的薄弱部位,为结构抗震设计提供了依据。     

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。     

Numerical collapse simulation based critical state analysis for framed-wall structure subjected to earthquakes

With the rapid developments of the constitutive theory, numerical methods, and computer software and hardware, full attention has been paid to establishing nonlinear structural models and investigating the nonlinear behavior, damage performance, and failure criterion of the structures. Consequently, this study introduces a precise analysis with a highly accurate level of simulation for an existing framed-wall structure excited with strong ground motions. The incremental dynamic analysis (IDA) technique has been adopted to investigate the nonlinear behavior of the structure. The damage evolution and collapse pattern have been well captured in the structure based on the adopted damage model. The results showed that the maximum interstory drift (ISD) position varies at different seismic loads due to the damage initiation and propagation variation. The IDA curves show the end of the elastic stage at 0.70, 0.50, 0.70, and 0.20 g at San Francisco, Italy, Northridge, and San Fernando ground motions, respectively. Also, different collapse patterns of the structure have been observed at different ground motions and also at different intensities for the same ground motion. Therefore, the high-rise building design should account for multiple collapse patterns. Moreover, a new IDA-based technique is proposed to estimate the structure's maximum seismic capacity (MSC) and ensure it through the collapse analysis. The structure adopted in this study reaches its MSC at the San Francisco event at an intensity of 2.50 g. However, the MSC decreased by 40% at Italy and Northridge events and 60% at the San Fernando event. Since the seismic capacity of the structure is considered an essential ingredient in the design process, therefore, the findings of this study are supposed to lay the basis for the performance-based seismic design of the structure.     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

钢筋混凝土核心筒结构受力性能的数值模拟

钢筋混凝土核心筒是一种空间性能较好的抗侧力构件,其在地震作用下受力机理复杂,故准确模拟其非线性受力过程是结构抗震分析的重要课题。本文利用先进的数值模拟技术,在已有试验研究的基础上,对混凝土核心筒进行合理建模,并系统分析了轴压比、配筋率、加载角、高宽比和连梁刚度等对混凝土核心筒承载力和变形性能的影响规律。分析结果表明,数值模拟结果和试验结果吻合较好;轴压比、配筋率对核心筒的弹性和弹塑性性能影响显著;加载角和连梁刚度主要影响混凝土筒体开裂后的性能;而高宽比既影响核心筒的承载力和变形性能,又决定着核心筒的破坏形式。研究结果对混凝土核心筒的地震弹塑性计算具有一定的参考价值。     

水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

针对双向水平地震作用下钢筋混凝土框架柱的抗震性能,开展了9个钢筋混凝土框架柱的水平双向拟静力试验研究,考察轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率以及加载路径对柱抗震性能的影响,对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行分析。结果表明：相对于水平单向加载,双向加载对柱的抗震性能存在显著不利影响：柱的抗弯承载力及极限位移均明显减小,损伤程度明显加重;随加载方式由单向-十字-菱形-方圈变化,相同位移下柱的强度退化与抗弯承载力下降幅度均有所增加。考虑双向受力后,典型技术标准给出的RC框架结构极限层间侧移角限值的安全冗余度显著降低。基于试验结果初步提出结构设计及分析建议：考虑双向水平地震动影响时,框架柱的抗震设计宜适当降低轴压比、增加约束箍筋、适当折减柱的抗弯承载力;采用层间侧移角进行结构倒塌判别时,可取双向地震动作用下结构最大层间侧移矢量的大小作为判别位移,并根据分析性质（结构设计或既有结构分析）选取恰当的极限层间侧移角判断标准。     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

考虑结构不确定性的地震倒塌易损性分析

传统的地震倒塌易损性分析中通常只考虑地震动不确定性的影响。在结构临近倒塌时,通常处于高度非线性状态,会出现结构不确定性与地震动不确定性的耦合放大现象。针对这一问题,将平均值一次二阶矩方法（MVFOSM）与逐步增量动力分析（IDA）相结合,提出了一种可以考虑结构不确定性的基于MVFOSM的随机IDA方法。以五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,采用基于MVFOSM的随机IDA方法对其进行了地震倒塌易损性分析,并利用“龙卷风图”方法对结构抗地震倒塌能力的灵敏度进行了分析。研究表明：结构不确定性的存在使得结构抗地震倒塌能力的对数标准差增加了70%,因此有必要在地震倒塌易损性分析中考虑结构不确定性的影响。