基于可靠度和功能的框架—剪力墙结构抗震优化设计

作为结构抗震设计的发展方向,近年来基于功能的结构抗震设计思想引起了地震工程界的广泛重视,并取得了迅速发展,其基本思想就是在充分考虑结构抗震设计中的不确定性的情况下,采用基于“投资－效益”准则和强调结构“个性”的设计,本文讨论了基于可靠度和功能的结构抗震优化设计思想,建立了钢筋混凝土呆－剪力墙结构 抗震优化设计模型,给出了结构可靠度的近似计算方法,最后计算了钢筋混凝土框架－剪力墙的算例。     

纤维墙元模型在剪力墙结构非线性分析中的应用

钢筋混凝土剪力墙是目前高层与超高层建筑中最主要的抗侧力构件，本文在对已有的微观及宏观计算模型进行比较的基础上，基于纤维模型概念，建立了便于高层剪力墙结构非线性分析应用的纤维墙元模型，即由承受轴力及弯矩的纤维子单元与承受剪切变形的剪切子单元相合成的墙元计算模型；同时，对该模型中剪切子单元高度的取值进行了分析，明确了其物理含义；推导了单元的刚度矩阵，并分别建立了纤维子单元及剪切子单元的骨架曲线及滞回规则。另外，应用该计算单元模型，对一栋40层框架剪力墙结构进行了非线性时程分析，计算结果与相应模型的振动台试验结果进行了对比，比较结果表明两者在结构动力特性，位移响应方面等均吻合较好，验证了该计算单元模型的准确性与有效性，可为推广使用提供参考。     

波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。     

基于框-剪结构协同工作的抗振墙数量优化研究

针对当前抗震墙数量优化中多是定性分析的现状,根据框架-剪力墙结构整体受力特点,采用横向分类方法,将空间框-剪结构分解量化为榀结构形式。基于有限元思想及框剪结构空间协同分析的离散化原理建立了其力学分析模型及剪力墙优化模型,该力学分析模型能较好地反映结构整体工作性能的主要特征及考虑剪力墙剪切变形的影响,动力分析采用振型分解法计算地震作用,以遗传算法作为优化方法确定出了剪力墙的最优数量。计算结果表明该方法具有较高的精度,可为结构的设计提供参考。     

基于Liapunov理论的结构非线性振动的混合控制

研究了地震激励下高层建筑进入塑性阶段后，结构非线性振动的混合控制问题。高层建筑简化为剪力墙形式，具有非线性滞变恢复力。采用被动基础隔振和主动控制力相结合的策略，对结构的非线性振动进行混合控制。基于Liapunov第二法，从系统的能量角度出发进行稳定性分析，找到控制系统的Liapunov函数，本着工程抗震设计中安全与经济的原则，应用允许结构反应进入非线性或塑性阶段的理论，判定所提出的混合控制方法具有Liapunov意义下的稳定。     

框支剪力墙结构在地震力作用下弹塑性分析的有限元方法

建立了框支剪力墙结构弹塑性分析的有限元模型,采用有旋转自由度的高精度平面单元分析钢筋混凝土墙体在地震力作用下混凝土开裂、屈服和钢筋屈服的破损过程,为钢筋混凝土框支剪力墙的抗震设计提供较精确的分析方法。     

建筑结构显式拟静力推覆分析方法研究

基于结构的精细化非线性有限元模型和显式拟静力求解方法,提出了结构拟静力推覆分析方法(EQPA);为控制结构惯性效应,给出了加载模式和基于能量的评价方法。在自主研发的CPU+GPU并行有限元软件中开发实现EQPA,可有效克服大规模复杂结构隐式Push-Over分析中计算量大和收敛性差的问题。使用EQPA对某超高层剪力墙结构的抗震性能进行分析,并与三组人工地震动的简化动力增量分析(sIDA)对比。结果表明,EQPA的结构惯性效应得到有效抑制;EQPA耗时仅为sIDA耗时的4.97%;两种分析方法的结果有一定差异,但两者的结构能力谱曲线、层间变形规律、薄弱楼层和构件损伤规律较为接近。     

基于动态极限位移的挢梁首超失效机制

本文通过桥梁结构的动态极限位移分析,建立了在变形能力极限状态下,以动态极限位移为判据的桥梁体系首超失效机制。据此,可在滞回面积和失效概率等效的条件下,用库仑线性模型代替非线性恢复力的双线性模型分析桥梁结构变形能力抗震可靠度,从而克服了概率运算上的一些困难,进一步提高了桥梁抗震动力可靠度分析方法的实用性。     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

抗震结构弹塑性变形能力可靠度时域随机算法

采用杆系-层模型，将计算结构静力可靠度的改进的JC法、常规有限元法及时程分析法相结合，建立了抗震结构弹塑性变形能力可靠度时域随机算法。本文方法可充分考虑结构参数及地震作用的随机性以及地震作用与静载的共同影响；可对结构侧向变形能力作地震全过程弹塑性时变可靠度分析。采用本文方法及MC模拟算法分析了一榀三层铪框架侧向变形能力弹塑性时变可靠度，结果表明了本文方法的合理性与有效性。     

AN ANALYSIS ON RESPONSE OF STRUCTURE TO RANDOM EARTHQUAKE EXCITATION

In this paper the response of elastic structure to random earth-quqke excitation isanalysed.For a frame-wall system. practical calculating formulas are derived and aprogram in FORTRAN language is made. The program is checked with a numericalexample. The envelope of the lateral displacement of the system and the variation regularityof the internal forces are determined from given values of dynamic reliability (firstexcursion probability) based on the requirement of the operation of the structures.     

建筑结构振动控制的发展动态

介绍振动控制技术在建筑结构抗震设计中应用的发展过程，综述智能控制在建筑结构抗震设计中的应用，控制策略的非线性化分析等，最后简略讨论了建筑结构振动控制的研究方向．     

四面受火后钢筋砼柱抗震性能研究

火灾后砼的强度和弹性模量损失很大，降低了钢筋砼结构的抗震能力。本文编制了火灾后已损伤钢筋砼柱的全过程分析程序，通过大量数值计算，建立了四面受火后钢筋砼柱恢复力骨架曲线特征参数的统计公式，并探讨了砼力学性质自然恢复对钩件抗震性能的影响，在此基础上，对两榀火灾后框架进行了地震反应分析，得到一些有意义的结论。     

建筑结构被动控制发展动态

本文对建筑结构被动控制发展过程和动态者综述,主要介绍了建筑结构被动控制中常用的金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、可调质量阻尼器、粘弹性阻尼器、可调流体阻尼顺和粘性液体阻尼器。     

基于遗传算法的抗震钢框架多目标优化设计

考虑抗震钢框架优化问题具有多目标的特点，在遗传算法的基础上对抗震钢框架多目 标优化设计进行了探讨. 在无约束Pareto排序遗传算法的基础上，提出了一个简单、实用 而又可以避免采用罚函数的全新排序方法，在此基础上形成了一种求解有约束多目标优化 问题的Pareto遗传算法(CMOPGA), 并给出了具体的算法流程图. 以钢框架重量最轻和结构 总动应变能最小为目标，基于相关的设计规范，给出了抗震钢框架多目标优化问题的一种合 理提法. 采用CMOPGA对一个两跨六层抗震钢框架实例进行了多目标优化设计，并提出了一 个在Pareto最优解集的基础上选取妥协解的相对最小距离妥协原则. 算例结果表明，采用 CMOPGA求解抗震钢框架多目标优化问题是可行和有效的.     

多层非线性抗震钢结构的损失估计与优化设计

本文通过结构的动力可靠性分析和损失估计建立了以动力可靠性为约束的非线性抗震结构双目标(造价与损失期望)优化设计模型,提出了具体实现这种优化设计思想的实际可行的方法。文中将地震地面运动模拟为平稳过滤有色噪声,建立了以破坏指数刻划的结构体系的模糊震害等级,提出了结构模糊动力可靠性分析和损失估计的具体方法,从而使优化设计模型中各有关量的分析和计算得以具体地实现。     

大跨空间结构的竖向静力弹塑性分析

对于大跨刚性空间结构,国内外关于静力弹塑性竖向抗震理论方面的研究成果还比较稀少;本文参照高层结构的静力弹塑性分析方法提出了一种新的大跨刚性空间结构竖向静力弹塑性计算方法即Push-down方法;对该方法的基本原理进行详细论述和推导,如竖向弹塑性能力谱和竖向需求谱的建立,并提出了几种竖向荷载式;通过一个计算实例,详细描述Push-down法的计算步骤.该方法可以对第一振型为竖向变形的大跨刚性空间结构进行有效的抗震性能评估,从而使设计人员全面了解在竖向地震作用下大跨刚性空间结构的动力特性和抗震性能.     

“力学2000”学术大会总结

通过求解微分方程组导出了追线函数和追击曲线上两个特殊点横坐标的关联方程,依此证明了猎狗能追上兔子的区域是椭圆这一结论,并给出了椭圆方程．     

氧化腐蚀对HRB400EⅢ级建筑抗震钢筋低周疲劳性能的影响

工程实际中,建筑用钢不可避免地会接触空气而遭受氧化腐蚀。本文开展了地震区域大力推广应用的HRB400EIII级钢筋氧化前、后的低周疲劳行为研究。采用轴向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上开展了大量的低周疲劳试验,获得了氧化前、后HRB400EIII级钢筋低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及寿命预测公式等。通过断口电镜扫描发现,氧化后HRB400EIII级钢筋的裂纹均萌生于试件表面,且存在多处裂纹源。研究结果表明,氧化腐蚀对低周疲劳寿命及微观断裂机理方面均存在明显影响,并从力学性能变化的角度对引起差异的原因进行了解释。