框架结构地震倒塌评估的知识辅助系统

本文介绍了一个框架结构地震倒塌评估的知识辅助系统——SARIF I该系统能够对结构的地震反应和抗力水平进行分析计算,在此基础上综合考虑其它因素影响,给出倒塌危险程度的定性描述。研究重点在于系统的组织结构、模糊信息的处理,数值计算过程与知识推理过程的结合。     

构件失效后钢筋混凝土框架结构倒塌响应特性分析

利用OpenSees有限元软件,将抽柱法与有限元法相结合;并假定构件的局部失效位置,通过引入不同的结构参数,如结构的层数、层高、跨度等,分析了其对结构倒塌响应的影响;研究了结构在静力Pushdown分析和动力非线性分析条件下的结构倒塌响应特性。结果表明:柱失效位置对结构的静力Pushdown分析和动力非线性分析结果有较大影响,其中边柱的失效导致结构的抗倒塌能力明显降低,并在地震作用下随着失效点位移加大,振动规律也趋于不稳定;结构的极限承载力随着框架结构层数的增加而增加,极限位移和延性则随着层数的增加而降低,动力加载条件下结构失效位置的竖向位移随着层数的增加而增大;随着层高的增加,结构的极限承载力则逐渐降低,但对结构极限位移和延性的影响并不明显;跨度的增加使结构的极限承载力明显下降,延性略有降低,但极限位移和初始刚度却随之增加。以上规律性研究结果为钢筋混凝土框架结构的抗倒塌设计提供了必要的依据。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现"大震不倒"设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明:对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件位移延性系数μ_u=4.36,最大等效黏滞阻尼比(ζ_(eq))_(max)=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(I):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(Ⅰ):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间粱柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础.     

带支撑粘弹性阻尼器耗能框架结构随机振动分析

对带支撑粘弹性阻尼器的框架结构减震性能进行了分析.首先分析了粘弹性阻尼器松弛时间系数η和支撑系数ψ等对粘弹性阻尼器复合刚度的影响,在此基础上,采用随机振动理论对设置带支撑粘弹性阻尼器框架结构的振动方程进行求解,研究了改进Kanai-Tajimi功率谱地震激励作用下框架结构层间位移角均方差、结构顶部楼层位移均方差和结构各...     

基于永磁体间的磁性负刚度的分析与优化

为了有效地降低磁性负刚度结构的非线性程度,从简单三磁体结构出发,引入新型负刚度结构模型——五磁体对称结构,运用MATLAB建立新型负刚度结构的磁力学模型并应用Ansoft Maxwell进行仿真验证.研究永磁体间的相对位置参数对五磁体对称结构的负刚度曲线走势的影响,在微幅振动下对基于磁引力的负刚度曲线拟合后使用谐波平衡...     

双轴反复荷载作用下钢筋混凝土空间框架结构滞回全过程分析

实际地震中结构所承受的地震作用是多维的。结构的恢复力特性是反映其抗震性能的一个重要属性。对地震作用下钢筋混凝土柱、梁塑性铰区的计算模型进行了分析,给出了塑性铰区等效长度的简便计算公式;建立了“有限纤维”空间线性梁单元模型并推导出了其刚度矩阵;使用“弥散法”来考虑梁锚固钢筋在结点区的粘结滑移对结构整体变形的影响。最后使用空间杆系模型对一承受双向反复荷载的框架结构进行了计算分析。分析表明所建立的计算模型是精确有效的。     

精确频率约束下框架结构的尺寸优化

本文研究受到频率约束的框架结构优化设计问题,采用基于Bernoulli-Euler梁的动力刚度法求解框架结构的自振频率,采用W-W算法精确求解自振频率及频率对设计变量的灵敏度.分析比较了将框架结构的杆件按普通静刚度梁单元和动力刚度梁单元分别建立计算模型时得到的频率分析结果.以杆件面积为设计变量,以结构重量为优化目标,对基频约束下的框架结构进行了尺寸优化,比较了节点集中质量对优化结果的影响.通过2个数值算例,验证了动力刚度阵法在框架结构频率性能分析与优化设计中的适用性,并具有较高的计算精度.     

基于能量法组合梁倒塌工况下的抗力分析

框架结构在竖向承重构件突然发生破坏的情况下主要通过两个抗倒机制防止连续倒塌的发生,分别为小变形状态下的梁机制以及大变形状态下的悬链线机制.组合楼板由于平面刚度大,可以显著提高框架结构的抗倒性能.将混凝土楼板-钢框架结构简化为组合梁结构进行分析.对已有研究得到的抗力曲线进行适当简化,并运用能量法分析抗倒各个阶段的受力特征以得到曲线各个阶段的表达式.随后应用大型有限元分析软件ANSYS对理论公式的可靠性进行算例验证,说明提出的分析方法较为合理,同时可以发现楼板对结构抗倒有明显的的加强作用.     

强震作用下RC延性框架的简化计算

提出了一种RC延性框架抗震设计方法,选取合理的倒塌机构并用虚功原理将其转化为等效的单自由度系统,针对选取的倒塌机构、设防烈度及场地条件计算刚塑性反应谱并据此计算结构的动力需求。以五层和九层RC框架为算例并与弹塑性时程分析比较,研究表明该方法计算简单,精度可靠,可以满足强烈地震作用下RC延性框架抗震设计要求。     

基于损伤分布模型的震损RC框架力学性能分析与实证研究

震损结构的剩余荷载位移响应分析十分重要,是准确评估震后钢筋混凝土(RC)框架结构剩余性能的基础,然而震损结构损伤的不均匀分布为其荷载位移响应的定量分析带来了困难。本文基于纤维梁柱模型提出了一种能够考虑地震损伤不均匀分布的震损RC框架数值模型。基于震损RC框架的损伤现象对其损伤分布进行了量化,考虑了材料损伤沿柱高度与截面深度的分布;基于量化结果分别确定了RC框架中各纤维梁柱单元中不同位置处纤维的损伤本构关系,并对其剩余荷载位移响应进行了定量分析;以一个一榀三层四跨的RC框架试验为算例,对模型进行了验证。结果表明,本文模型能够较为准确地模拟震损RC框架的剩余荷载位移响应,其中最大剩余承载力、刚度和屈服强度等各项指标计算误差均值均在10%以下,因此本文模型能够为震后RC结构的评估工作提供一种新的思路。     

基于分离式共结点模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,充分考虑钢筋和混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,运用分离式共节点模型模拟钢筋混凝土结构建筑物的爆破拆除倒塌过程.通过对倒塌过程中钢筋混凝土支撑立柱内侧和外侧的钢筋单元、混凝土单元的承载失效过程分析研究,对数值模拟效果与实际爆破效果对比分析得出:分离式共结点模型...     

带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗侧刚度分析

为降低大震下结构的刚度，以减轻结构物的地层灾害，设计了一种带竖缝的钢筋混凝土剪力墙构件．根据它在水平力作用下的受力特点，建立了相应的刚度计算模型和计算公式，并与试验结果进行了对比，二吻合较好．     

新型外包钢混凝土组合梁框架结构抗震性能的试验

为克服型钢混凝土柱-钢梁组合框架结构体系存在的缺点,提出了一种新型外包钢混凝土组合梁-型钢混凝土柱组合框架结构体系。设计制作了一榀一跨两层型钢混凝土柱-外包钢砼梁的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验研究。结果表明,基于现行规范及作者新研究外包钢组合梁计算理论所设计的型钢混凝土组合框架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等均满足延性框架的抗震要求,且模型框架的有效延性系数达到了7.93。可见,新型型钢混凝土组合柱-外包钢混凝土组合梁框架结构的抗震性能优于钢框架结构和型钢混凝土柱-钢梁框架结构,可在高层建筑中应用。     

Three-dimensional analysis of reinforced concrete frames based on lumped damage mechanics

This paper presents a general formulation for the analysis of reinforced concrete frames. The model has been developed within the framework of lumped damage mechanics. This is a theory based on the methods of continuum damage mechanics, fracture mechanics and the concept of plastic hinge. The paper also describes the numerical implementation of the model in the finite element programs. The model is evaluated by the numerical simulation of three tests reported in the literature. Two of them deal with a column subjected to variable axial loads and biaxial flexure. The third is a two-story three-dimensional frame subjected to earthquake loadings outside the principal directions of the frame.     

框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对框-筒结构折叠倒塌进行了三维数值模拟,包括底部起爆和顶部起爆2种方式,并且在底部起爆方式中,采用了不同切口高度和延迟时间。对结构的倒塌过程、支撑立柱的破坏过程进行了比较分析。结果表明:采用底部起爆时,结构下部压碎程度较采用顶部起爆严重;同为底部起爆,延迟时间0.25 s的结构破碎比0.5 s严重;底层立柱采用不同的切口高度和延迟时间,结构的倒塌方向发生了改变,结构略向南倾倒;支撑柱的破坏过程不同,对结构的后坐距离产生影响,采用底部起爆时,结构的后坐距离小于顶部起爆。通过对混凝土和钢筋单元受力过程进行的分析,共节点分离式模型能够反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异。     

大岗山高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

采用连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,将混凝土强度降低、刚度劣化即损伤作为不可逆内变量张量,并考虑应变率效应和多轴应力状态,建立率相关弹塑性损伤模型.应力本构积分采用返回映射法,给出了有限元程序主要功能流程.对强地震作用下大岗山高拱坝损伤和破坏情况进行数值模拟,评价其强震后的安全性.结果显示,大坝在强震后总体损伤不大,结构安全性较好,但应注意抗震薄弱部位;同时大坝不同部位率响应明显不同,对混凝土力学性能影响不容忽视.     

Residual stiffness assessment of structurally failed reinforced concrete structure by dynamic testing and finite element model updating

When an under-reinforced concrete beam structure has been loaded to the point where reinforcing steel on the tension side has yielded, it is deemed to have structurally failed and the full load capacity and stiffness can no longer be developed. When unloaded from the point of failure, the residual stiffness of the structure is difficult to estimate. There is a need to establish the serviceability of the structure and ultimately establish the levels of further loading that can be sustained before total collapse. In this paper we present a method for assessing residual stiffness of such a “failed” reinforced concrete structure, through the application of dynamic testing and finite element (FE) model updating. In an experimental study, failed zones in a beam structure were simulated in a FE model. Through a procedure of sensitivity-based updating using the measured modal properties, the stiffness distribution along the failed beam structure was identified.     

钢筋混凝土平面杆件非线性分析模型及其应用

本文提出了五区段变刚度单元模型,连续五区段变刚度单元模型,并将其应用于钢筋混凝土平面高层结构的非线性地震反应计算。