汶川地震典型RC框架结构抗倒塌加固效果分析

以汶川地震震中附近的一栋典型RC框架结构为背景,分别采用普通支撑、防屈曲支撑(BRB)和粘滞阻尼器支撑3种加固方案来提高其抗震能力,并采用基于动力增量分析(IDA)的地震倒塌易损性分析方法,对各种加固方案的抗倒塌能力及其影响参数进行了分析。结果表明:以结构抗倒塌能力为目标,粘滞阻尼器支撑加固方案的效果优于BRB加固方案,而BRB方案的加固效果要优于普通支撑加固方案;相同参数情况下,A型支撑布置方案的加固效果优于X型支撑加固。     

丙类与乙类设防RC框架结构抗地震倒塌能力对比

按照GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》6～8.5度的丙类与乙类设防要求分别设计了10个典型RC框架结构算例,采用基于动力增量时程分析(IDA)地震倒塌易损性分析方法得到了各算例结构在遭遇罕遇地震和特大地震时的倒塌率,据此对不同设防烈度的丙类和乙类RC框架结构的抗地震倒塌能力进行了评价分析。研究指出,结构的抗倒塌能力需根据结构的绝对抗震能力和相对地震动强度来进行评价。分析结果表明,对于6～7.5度抗震设防的结构,因其绝对抗震能力偏低,抗震设防烈度仅由丙类提高到乙类,其在遭遇特大地震时的抗地震倒塌能力仍较差,需采取进一步的措施增强其抗震能力。     

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.     

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.     

柱轴压比对我国RC框架结构抗地震倒塌能力的影响

首先用纤维模型和美国ATC-63委员会推荐的IDA方法,对按照我国现行抗震规范设计的24个钢筋混凝土框架结构(7度设防,跨度、层高、层数不同)的抗地震倒塌能力进行了分析,发现框架柱轴压比是影响框架结构抗地震倒塌能力的最主要因素,轴压比和结构的倒塌储备系数CMR具有一定的线性负相关关系,现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。通过改变框架柱截面尺寸调整轴压比后的进一步分析表明,控制轴压比可有效改善框架结构的抗地震倒塌能力。     

基于ABAQUS某RC框架结构抗连续倒塌性能分析

为了研究RC框架结构的抗连续性倒塌性能,以12层框架结构为例,采用ABAQUS有限元分析软件建立整体纤维模型,通过4种失效模式下结构的加速度响应、位移响应及抗连续性倒塌承载力方面综合对比分析,探讨RC框架结构的整体抗连续性倒塌性能。结果表明：4种工况下RC框架结构的竖向位移影响范围均随楼层的增高而增大;结构高层部位加速度脉冲效应较大但影响持时较短,低层部位加速度响应脉冲效应较小但影响持时较长;不同失效工况下RC框架结构均经过稳定变形、失稳和倒塌3个阶段;影响RC框架结构抗连续性倒塌性能的主要因素为首层中柱失效工况,并在此基础上提出通过减小中部柱距、增加中柱截面尺寸、增加中柱赘余传力途径等措施来提高RC框架结构的整体抗连续性倒塌性能。     

不同设防烈度下RC框架结构的抗侧向倒塌能力

地震作用下建筑结构的抗侧向倒塌能力是抗震性能评价的基础。选取4个结构整体性能参数作为结构抗侧向倒塌能力评价指标,分别为结构强屈比、超强系数、延性系数和延展系数。按中国现行规范设计了12个RC框架结构,考虑侧向力分布形式和设防烈度的影响,采用Pushover方法对结构进行计算,并根据能力曲线和结构整体性能参数对结构抗侧向倒塌能力进行评价。结果表明:结构整体性能参数能从强度储备和变形能力两个方面对结构抗侧向倒塌能力进行分析;随着设防烈度和结构高度的提高,侧向力分布形式对结构抗侧向倒塌能力的影响增大;设防烈度对结构强屈比和结构延展系数的影响较小,对结构超强系数和结构延性系数的影响较大;随着设防烈度的提高,结构超强系数减小,而结构延性系数增大。     

楼板参与作用对RC框架结构抗倒塌能力影响

通过Pushover方法,评估了楼板参与作用对RC框架结构整体承载力和变形能力的影响。结果表明,由于楼板增加了梁柱线刚度比及梁的受压区面积,这一抗弯刚度贡献提高了结构的超强系数和延性系数。"超配"的板筋虽有利于提高结构的超强系数,但降低了结构的变形能力。因此,在进行框架梁设计时,应恰当地考虑楼板的刚度贡献及减小有效翼缘宽度内板筋的作用,以使结构获得更好的抗倒塌能力。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌分析

文章首先对填充墙RC框架结构的力学性能进行了分析,然后采用非线性动力分析方法研究填充墙对RC框架结构连续性倒塌影响,最后提出填充墙RC框架结构的抗震措施,以期为相关技术和研究人员提供参考。     

基于增量动力分析方法的空间掉层框架结构的抗地震倒塌能力研究

参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计了7度(0. 10g)区非掉层框架以及掉层框架原型结构,并采用PERFORM-3D软件对相应的平面和空间模型10个算例进行对比分析。基于增量动力分析方法对非掉层框架和掉层框架结构进行了抗地震倒塌能力研究。按照FEMA 350倒塌判定准则对比了两种模型的倒塌易损性曲线规律,同时考察了各算例的抗倒塌安全储备系数,统计了结构的各层间峰值位移角、倒塌模式及倒塌概率。分析结果表明:1)对于第一种倒塌极限状态,在平面模型中,非掉层框架结构安全储备系数值小于掉层框架结构,而在空间模型中则相反; 2)在第二种倒塌极限状态下,非掉层框架结构的抗地震倒塌能力远远弱于掉层框架结构,而且在此极限状态下结构的抗地震倒塌能力、倒塌概率以及倒塌模式都与地震动的输入方向有关; 3)地震动方向对掉层框架结构的抗地震倒塌能力及相应的安全储备影响较大,双向地震作用下,结构可能出现不同于平面模型和单向地震作用下的新倒塌模式,抗地震倒塌安全储备更小。     

基于易损性的钢筋混凝土框架结构抗震性能裕度评估

采用性能裕度比作为评估结构抗震性能的指标,该指标通过计算地震易损性中位值与多遇地震、设防地震和罕遇地震强度的比值来评估结构的抗震性能裕度。选择4种考虑不同抗震设防水平的5层3跨钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,通过易损性分析,计算得到结构的性能裕度比。研究结果表明：随着结构抗震设防水平的提高,结构的地震易损性中位值和结构所对应的多遇地震、设防地震和罕遇地震的强度随之增加。然而,由于前者的增加幅度要小于后者的,因此,结构的性能裕度比随其抗震设防水平的提高而降低;在设防地震和罕遇地震作用下,结构具有足够的性能裕度以满足“中震可修”和“大震不倒”的性能要求;抗震设防水平的提高会使结构不满足“小震不坏”的性能要求。     

不同极限位移BRB的RC框架结构#br# 抗地震倒塌性能研究

设计6个装有不同极限位移BRB的RC框架结构,基于OpenSees建立相应的有限元模型并验证模型的可行性和BRB模拟准确性,对装有不同极限位移BRB的RC框架结构模型进行增量动力分析和地震易损性分析,研究不同极限位移BRB的RC框架结构抗地震倒塌性能。研究表明：随着BRB极限位移的增加,结构抗倒塌性能得到提升;当系数小于1.2倍时,罕遇地震下结构中出现BRB失效概率大于5%,当系数大于1.2倍时,BRB极限位移提高对结构抗倒塌性能提高有所下降;《建筑消能减震技术规程》（JGJ 297—2013）对消能减震装置极限变形取12倍安全系数是合理的。     

钢筋混凝土框架结构抗层屈服倒塌能力评价方法研究

在框架薄弱层进入塑性工作阶段后，地震反应将大幅衰减，如地震持续作用，或者再遭遇较大余震时，结构可能会倒塌。通过分析钢筋混凝土框架薄弱层承载力退化和刚度退化，探讨发生落层倒塌的内部原因和外部条件，揭示框架薄弱层倒塌临界状态应遵循的变形准则和稳定准则。通过分析试验数据，阐述基本原理，推导计算公式，提出了基于Pushover分析的钢筋混凝土框架抗层屈服倒塌能力评价方法。研究结果表明，钢筋混凝土柱端弹塑性损伤是薄弱层承载力和刚度退化的内在原因，竖向荷载引起的等效负刚度是抗侧刚度丧失的外部条件；影响抗倒塌能力的主要因素包括竖向动力放大系数λ、刚度退化系数β_u和刚重比ζ，当λ=β_u ζ 时，框架薄弱层处于倒塌临界状态。最后提出了抗地震倒塌需进一步研究的问题。     

基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法研究

针对RC框架结构可修复能力不明确的问题,提出基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法。研究以柱达到严重破坏作为结构拆除的判断准则,引入结构可修复能力储备系数来量化结构可修复能力。以结构动力失稳作为结构倒塌的判断准则,对按照我国规范GB50011-2010设计的48个RC框架结构分别进行增量动力分析;探讨柱分别达到严重破坏和结构倒塌状态下的层间位移角分布规律,包括最大层间位移角和残余层间位移角。发现柱达到严重破坏的残余层间位移角均值为1.48%,主要分布在0.5%~2.5%之间,且残余层间位移角超出0.5%时柱严重破坏的概率较高;柱达到严重破坏时最大层间位移角的数据离散性比不同残余层间位移角限值对应的数据离散性更小,且在基于残余层间位移角的拆除准则中可修复能力储备系数对残余层间位移角限值变化较为敏感,表明基于柱达到严重破坏的拆除准则比基于残余层间位移角的拆除准则更合理,可用于量化结构可修复能力。     

某多层RC框架和支撑—钢框架抗震性能分析

结合工程实例,采用软件SAP2000对RC框架和支撑—钢框架结构抗震性能进行了抗震性能分析,结果表明:支撑—钢框架侧移刚度要大过RC框架,在罕遇地震作用下出现塑性铰少,优化支撑后的钢框架,地震能量绝大部分被支撑所耗散。     

钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究

偶然荷载作用下预知结构的失效机理以及为之提供新的荷载路径是结构抗倒塌设计中很重要的方面。本文提出了一种模拟框架结构倒塌破坏的拟静力试验方法并完成了一榀4跨3层的钢筋混凝土平面框架的倒塌试验。试验中,用机械千斤顶替换底层的中柱以模拟其失效,用电液伺服作动器采用力控制的方式作用在顶层中柱模拟上部结构重力荷载。作动器施加的力通过中柱传递给底层千斤顶,随着千斤顶的逐渐卸载,中柱顶部的作用力通过框架梁传递到两边的柱。在中柱位移456mm时框架梁中钢筋被拉断而倒塌。本文基于试验结果与现象对试验模型框架受力过程进行了分析,并对结构受力机制的转换过程进行了探讨,通过计算得出结论,塑性机构破坏荷载大约为悬索机构破坏荷载的70%,且可用其来预估框架考虑悬索作用的极限承载能力。     

Shaking table tests of RC frame structure across the earth fissure under earthquake

To investigate the behavior of a reinforced concrete (RC) frame structure across earth fissure under strong earthquake, a series of shaking table tests on a scaled model were designed and conducted. Three earthquake motion records were selected as input excitations, and the Jiangyou motion has a dramatically greater dynamic effect on the structure mainly due to its inherent rich low‐frequency component. The structural acceleration amplification factor gradually decreased as the peak ground acceleration of input motions increased, implying the progressive degradation of the structure stiffness. The results indicated that the earth fissure site has amplification effect on acceleration of the soil, and the displacement response of frame across the earth fissure was different to that of a typical RC frame structure. The ground floor was the most vulnerable story of the RC frame across the earth fissure.     

钢筋混凝土框架结构超强研究

结构超强对结构在强烈地震中保持良好的性能具有重要的作用。本文首先给出了严格按我国抗震规范设计的几个典型钢筋混凝土框架结构,用大量经过筛选的地震动记录,分别利用动力时程分析法和Pushover方法确定了结构的整体能力曲线,并研究了结构在非弹性阶段由于内力重分布而形成的超强,得出结论:利用时程分析法建立结构的整体能力曲线时,地震动记录的场地条件对结构的能力曲线影响不大;动力时程分析法和Pushover方法给出的超强的差别随层数的增多而增加;在还没有进行大量细致的工作和研究之前,可以保守地认为严格按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的超强系数最小值为2。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。