贲庆国[1]2003年在《钢框架结构地震作用下累积损伤分析及试验研究》文中研究指明钢框架结构在地震作用下将进入非线性状态，相应地在结构的某些部位将产生损伤，结构的刚度和强度等力学性能随之降低，这种降低直接影响到结构的动力特性，从而影响到结构以后的抗震性能。因此，如何确定结构在一次或多次地震作用后的力学性能就成了进行结构在多次地震作用下动力分析的重要内容，为了达到这个目的，首先需要确定结构在每次地震作用后各层的累积损伤指数，再通过损伤指数来定量确定结构的剩余刚度和剩余强度。本文从这一目的出发，应用损伤力学理论，建立钢框架结构考虑累积损伤的恢复力模型，并通过试验验证所建模型的可行性，为地震作用后损伤结构抗震能力评估和修复提供分析基础。 全文共分七章 第一章介绍了结构累积损伤研究的研究现状，对现有建筑结构地震损伤评估模型进行了论述，指出对实际结构应用的不足之处，提出了本文的研究目的，设想和方法。 第二章基于损伤力学理论，采用损伤指数的双参数表示法，建立了一种以剪切变形为主钢结构构件考虑损伤累积效应的恢复力模型，并且确定了一些参数，该累积损伤恢复力模型考虑了构件的刚度强度退化。 第叁章利用平面钢构件考虑损伤累积效应的恢复力模型，结合结构动力学的理论，建立了钢构件考虑损伤累积效应的弹塑性刚度矩阵，为钢框架结构在多次地震作用下的考虑损伤累积效应的弹塑性动力分析奠定了基础。并且编制了变形以剪切型为主的钢框架结构考虑损伤累积效应的弹塑性动力分析程序—SFADA，并通过算例验证了其用于剪切型结构弹塑性动力分析的正确性。 第四章介绍了钢框架结构振动台试验，包括试验模型，试验工况，试验数据的处理，为所建模型提供了试验依据。 第五章将计算结果与试验结果进行对比，通过对比表明：本文所提出的分析方法的可行性。 第六章结合当前国内外已有的研究成果，提出了钢框架结构基于地震损伤性能的抗震设计方法。 第七章论述本课题研究的主要结论和有待解决的问题研究。
杨冬玲[2]2010年在《高层钢框架结构强震损伤评估与抗倒塌设计》文中研究表明地震损伤是破坏结构使用功能和导致结构倒塌的主要原因。量化地震损伤性能,通过损伤分析的方法来评估结构抗震能力和进行抗震设计是未来结构地震分析的发展方向之一。将结构的性能目标量化为损伤指标,这样便能非常直观的对结构的抗震性能作出评估。本文分别以单参数和双参数损伤模型对地震作用下结构和构件的性能进行了损伤评估,并进行了强震作用下钢框架结构抗倒塌设计。主要内容包括：(1)在大量查阅国内外文献的基础上,对现有的单参数损伤模型和双参数损伤模型的优缺点、适用范围及倒塌分析方法进行了详细的阐述；(2)从单参数损伤模型的角度对一个8层钢框架支撑结构进行了强震倒塌性能评估,通过对倒塌过程的真实呈现研究了不同构件的损伤发展过程及失效机制：(3)建立了材料弹塑性损伤本构模型,并对LS.DYNA进行了二次开发,考虑损伤累积效应对结构强度和刚度的影响,对8层钢框架支撑结构进行了非线性分析,并对引入损伤模型前后结构和构件的损伤指标进行了对比；(4)针对单参数损伤模型的不足,在现有的双参数模型的基础上提出基于等效塑性应变和累积比能的损伤模型,对一9层benchmark模型结构进行了不同地震作用下的损伤分析,本文提出的损伤模型能够连续化的计算结构损伤指标,描述结构的整个倒塌破坏过程；(5)采用拉结强度法进行了强震作用下钢框架结构的抗倒塌设计,利用本文提出的双参数模型对设计前后的结构和构件的损伤进行评估,验证了设计方法的有效性。
李洪泉, 贲庆国, 于之绰, 张跃强, 吕西林[3]2004年在《钢框架结构在地震作用下累积损伤分析及试验研究》文中进行了进一步梳理钢框架结构在强地震作用下将进入非线性状态,结构的刚度和强度等力学性能随之降低,从而影响到结构以后的抗震性能。因此,如何确定结构在一次或多次地震作用后的力学性能,是结构在多次地震作用下动力分析的重要内容,为了达到这个目的,首先需要确定结构在每次地震作用后各层的累积损伤指数,再通过损伤指数来定量确定结构的剩余刚度和剩余强度。本文通过钢框架结构的多次振动台模拟试验,应用损伤力学理论,建立钢框架结构在地震作用下考虑损伤累积效应的双线性恢复力模型,结构在地震作用下的动力分析采用层间模型,并运用Wilson-θ法进行计算分析,通过试验和计算的对比,在多次地震作用后,由于框架结构的层间模型产生了强度和刚度的退化,考虑损伤累积效应后的计算结果更符合试验结果,最终为地震作用后的结构的修复和抗震能力的评估提供分析基础。
单旭[4]2011年在《高层钢框架结构强震损伤演化分析与试验研究》文中研究指明本文从损伤模型、地震易损性分析、振动台试验及抗倒塌设计等几个方面对高层钢结构在强震下的损伤演化规律及抗震性能进行研究,主要内容包括：(1)在分析现有双参数地震损伤模型的基础上,提出一种改进的双参数损伤模型,该模型适用于钢结构,考虑了结构地震反应大变形幅值对累积耗能的影响。对一个9层钢框架结构在双向及单向地震作用下进行损伤分析,得出结构薄弱层在不同强度地震下的损伤演化时程曲线以及对应的损伤状态,并对损伤模型的合理性进行了验证；(2)对一1：4缩尺的叁层钢框架-剪力墙混合结构模型进行振动台试验研究,分析了钢框架结构在强震作用下的动力特性,动力响应及损伤演化规律。运用提出的损伤准则得出模型顶层钢柱在不同地震作用下的损伤时程曲线,结合IDA分析的结果以及叁种地震波作用时钢柱柱顶侧移时程曲线的变化规律,对钢框架在强震作用下的失效破坏规律及倒塌破坏准则进行了研究；(3)将提出的损伤模型运用到结构地震易损性分析当中,以9层钢框架结构为例对其进行易损性分析,得出结构在给定地震强度下达到不同损伤状态的超越概率,通过建立的理论易损性曲线对结构的损伤状态及抗震性能进行评估；(4)针对9层钢框架结构在强震中的反应特征,对其薄弱层进行优化设计,对优化前后的结构进行地震易损性对比分析,并基于倒塌储备系数对优化前后结构强震下的抗倒塌性能进行分析,结果表明,与原结构相比,优化设计后结构在输入相同地震动强度下,其安全性及可靠性均有所提高。
杨宁[5]2016年在《采用摇摆桁架和BRB的钢框架结构地震失效模式优化与控制》文中提出建筑结构抗震设计所希望的结构地震失效模式是完全梁铰式失效,由于各种不确定性的存在,在实际地震中,结构是否能发生完全梁铰式失效是无法预知的。以往的震害调查发现,结构容易发生层屈服或薄弱层诱发的倒塌失效。此时,结构仅有局部构件屈服,其余构件保持弹性,结构损伤不均匀,材料性能未得到完全发挥,结构耗能能力还很低,导致结构失效时延性和承载能力都较小。本文采用摇摆桁架和BRB来优化并控制钢框架结构的地震失效模式,以期使其能发生完全梁铰式失效,达到结构损伤均匀化、耗散地震能量最大化的目的,从而提高结构体系抵抗地震灾害的可恢复性。本文的主要研究内容如下:(1)结构地震失效模式识别:对所设计的钢框架结构以及所提出的摇摆桁架—钢框架体系,采用静力推覆分析和增量动力分析方法,识别出了结构的主要地震失效模式,对其失效概率、失效路径以及损伤程度进行了细致的分析。(2)结构地震失效模式优化:提出了摇摆桁架—钢框架体系,对摇摆桁架的设计方法进行了探索与研究,给出了基于刚度比的设计建议。通过对比钢框架结构与摇摆桁架—钢框架体系的地震失效模式,评价了摇摆桁架在改善和优化钢框架结构地震失效模式方面的作用。(3)结构抗倒塌能力与地震损伤演化规律研究:分析了钢框架结构与摇摆桁架—钢框架体系的抗侧向倒塌能力,基于倒塌裕度比对其抗倒塌能力进行了评价,基于HAZUS中的四种破坏状态,对其地震损伤进行了对比分析。在上述分析基础上,对两种结构由弹性—屈服—弹塑性—倒塌的损伤演化过程进行了研究。(4)结构地震失效模式控制:考虑到地震中摇摆桁架—钢框架体系的摇摆界面处可能发生大变形的特点,提出了摇摆桁架-BRB-钢框架体系,以期增强结构体系的耗能能力,控制并减轻结构的地震损伤。基于大震作用下的时程分析,对BRB构件的耗能量、能量时程曲线以及累积位移延性进行了分析。同时,探索对比了摇摆桁架-钢框架体系与摇摆桁架-BRB-钢框架体系的地震失效路径和损伤程度,研究了摇摆桁架-BRB-钢框架体系地震失效模式控制的机理与过程。(5)结构抗震性能评价:对钢框架结构、摇摆桁架—钢框架体系、摇摆桁架-BRB-钢框架体系在小震、中震、大震作用下进行时程分析,基于峰值位移、峰值层间位移角、损伤集中系数、残余层位移、残余层间位移角、顶点位移等结构响应参数,评价了叁种结构的抗震性能。通过本文研究发现:采用摇摆桁架和BRB能显着改善、优化和控制钢框架结构的地震失效模式,提高结构的抗震性能和抗倒塌能力。摇摆桁架体系作为一种新型摇摆结构,其功能可恢复性和灾害恢复力将明显高于传统抗震设计的结构。
张红霞[6]2016年在《存在损伤的既有钢框架结构在地震作用下的稳定性研究与应用》文中认为钢框架结构经常被用于许多高层以及超高层民用建筑和工业建筑之中。对于既有钢框架结构,在加工制作、施工、使用、环境等各方面因素的影响下会造成钢框架结构逐渐产生累积损伤(如环境腐蚀、构件缺陷),损伤累积将使结构的承载力降低,抵御自然灾害的能力减弱,如若此时受到地震荷载的作用,钢框架结构可能会因为无法承受地震作用而发生倒塌。因此,存在损伤的既有钢框架结构,根据结构本身的损伤程度、特点和使用特性,对这类型的钢框架结构在地震作用下的稳定性进行研究,提出的合理计算方法,为人们对既有受损钢框架结构的鉴定分析提供理论依据。因此,研究结构的动力稳定性时引入损伤具有现实意义。通过对钢结构损伤机理的研究表明,构件截面削弱是钢框架结构损伤的重要原因,利用钢框架工程实例分析了存在累积损伤的钢框架结构在地震作用下对结构极限承载力的影响,得出结构存在损伤时更易产生动力失稳状况,可知在分析中引入损伤影响因素是必须的。以动力稳定性理论和各种判别方法的对比为依据,对一个六层钢架结构在无损及存在不同损伤程度的情况下进行动力稳定性研究,施加不同加速度幅值的地震波,分别计算不同强度地震波下结构顶点最大位移,研究结构最大位移和不同强度地震波之间的关系,运用第二类动力稳定性理论进行分析,可知结构在动力失稳情况下的地震载荷临界值,并且得到结构在损伤情况下更易发生动力失稳。利用有限元可以对结构损伤进行有效模拟,为存在损伤的既有钢框架结构抗震性能分析提供依据。设计钢框架结构缩尺模型,利用振动台为其提供四个不同台面加速的地震荷载,通过动态应变仪采集钢框架模型梁、柱内力较大的控制界面处的应变值,并与有限元分析软件得出的理论值进行对比分析,数据基本吻合。试验数据具有较高的真实性。
张一[7]2018年在《序列型地震作用下钢框架抗震性能研究》文中提出一个结构往往会在受到一次地震作用之后的较短时间内再次遭受余震的作用,此时该结构在上次地震作用下已经有了一定的初始损伤且未得到及时的修复,后续地震对结构的附加作用可能使结构产生更大的累积损伤甚至倒塌,从而造成更加严重的财产损失和人员伤亡。我国的结构抗震设计中只考虑单个设计地震的作用而没有考虑主余震序列型地震动对结构的影响,没有在序列地震动对结构造成的破坏方面做出具体的规定;同时,在各抗震模拟试验或者有限元模拟中,也基本采用单一主震,所得到的结构抗震性能不能真正描述结构在实际地震作用下的反映。本文首先根据现行抗震规范建立8度抗震的6m×6m×15.9m钢框架结构,按1/2缩尺对此钢框架进行振动台累积损伤试验,通过传统数据采集方法与新型数据采集系统3D-DIC共同收集数据;其次,对结构进行有限元分析,通过将试验数据与有限元数值模拟分析的结果进行对比,证明:该有限元软件的快速非线性时程分析(FNA)可以准确地计算出钢框架结构在多次地震作用下的损伤累积效应;通过对结构自振频率以及节点损伤状态的分析,证明:基于结构层间位移角的损伤指标可以准确地反映出钢框架结构在地震作用下的整体损伤情况;对实际地震进行选取及调整,通过随机式合成方法构造了175条不同的主余震序列型地震,对简单钢框架(1×1×4)和一般钢框架(3×4×5)通过控制参数变量的方法,分别在主震PGA为0.3g、0.4g、0.6g及0.8g的情况下了分析了余震对结构累积附加损伤的影响规律;分别在余震PGA为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g的情况下分析了主震对结构累积附加损伤的影响规律:(1)结构的累积附加损伤与余震地震动特性密切相关,余震的强度以及主震过后受损结构的自振周期所对应余震的频谱特性,决定了结构累积附加损伤的增值大小;(2)主震对结构的累积附加损伤影响没有一致的规律,主震中不同损伤程度的结构,其刚度的下降和周期的增大幅度不同,所以即使对应相同的余震,结构也会有不同程度的累积附加损伤;(3)一般钢框架(3×4×5):对于在抗震分析范围内谱加速度小于1.0m/~2的余震,在此结构的抗震设计中可以忽略不计;对于在抗震分析范围内谱加速度能够达到1.5m/~2的余震,在此结构抗震地震设计中可以较少考虑;对于在分析范围内谱加速度达到2.5m/~2以上的余震,在此结构抗震地震设计中要引起足够的重视;(4)在实际应用中,设计者应结合本地历史震害资料,推测可能发生的主余震序列的强度以及频谱特性,以此来提高钢框架结构相应的安全系数。
孙乐彬[8]2015年在《近海大气环境下在役钢框架结构地震损伤性能及易损性研究》文中研究表明本文采用试验研究和有限元数值分析相结合的方法,对近海大气环境下在役钢框架结构的耐久性和相关抗震性能进行了研究,其中包括:锈蚀平面钢框架结构拟静力试验研究、钢结构地震损伤模型研究和多龄期钢结构地震易损性研究。具体研究围绕以下几个方面开展:(1)通过模拟近海大气环境对钢结构试件进行腐蚀,并对具有不同锈蚀程度的4榀缩尺平面钢框架结构试件及63个标准钢材材性试件分别进行了低周往复循环加载试验和材性拉伸实验,得到基于结构层面的试件整体和各层的承载能力、强度、刚度和耗能能力的退化规律和基于材料层面的钢材力学性能的退化规律。填补了国内外基于结构层面的耐久性研究的空白。(2)对不同锈蚀程度的平面钢框架结构进行ABAQUS有限元数值模拟计算,并与试验结果对比分析,发现两者的破坏形态基本一致,试件的承载力、耗能能力及延性系数的退化接近,最终的破坏模式也完全吻合。验证了通过考虑材料“名义”力学性能退化进行的锈蚀钢结构有限元分析方法,能够较为真实地反映试件的实际承载能力退化过程。(3)在现有地震损伤模型研究成果的基础之上,基于最大变形(层间位移)的损伤模型,引入耗能参数,提出能够同时反映最大变形效应和累积损伤效应的双参数整体地震损伤模型。(4)通过有限元分析软件建立不同锈蚀程度的平面钢框架结构模型,利用非线性静力推覆分析,得到结构的整体初始刚度K0随着锈蚀程度增大的退化规律,并将此规律引入本文提出的双参数结构整体地震损伤模型当中,得到适用于锈蚀钢结构的“时变”损伤模型;以基于变形和耗能的损伤模型以及双参数整体“时变”损伤模型作为结构性能指标,以PGA作为地震动强度指标,对多龄期钢框架结构进行易损性分析,对比了不同龄期下采用不同损伤指标表征的结构易损性曲线的变化规律。
任重翠[9]2008年在《近场强震作用下防屈曲支撑钢框架结构的耗能减振与损伤分析》文中研究说明历次强震经验证明,具有明显长周期速度脉冲特征的近断层地震动会对人口高度密集、财富高度集中的现代化城市造成严重破坏,引发的经济损失和人员伤亡令世人震惊,因此近断层地震动作用下工程结构地震反应的研究受到地震工程学领域的热切关注。为防止致命性倒塌,采取性能优良的防屈曲支撑作为结构的第一道抗震防线,可避免不必要的经济损失和人员伤亡。在做好防震抗震工作并了解结构抗震性能的基础上,如何定量描述地震作用下结构的损伤破坏程度一直受到地震工程界的高度重视。因此本文结合上述问题,进行了如下主要研究工作:首先,以1999年台湾集集地震的典型近震、远震和常用近震各叁条记录作为地震动输入,分别对12和20层加设防屈曲支撑的钢框架结构进行耗能减振分析,从变形和能量的角度探讨近断层地震动对结构抗震性能的影响;并结合一栋10层防屈曲支撑钢框架结构,采用能较好地反映地震动幅值、频率特性,特别是强震持时对结构累积损伤破坏综合影响的能量分析方法,探讨结构的变形和能量反应与其抗震性能和破损之间的内在联系。其次,采用Pushover方法对防屈曲支撑钢框架结构进行性能分析,与非线性时程分析结果比较,探讨Pushover方法评估结构在典型近震和常用近震作用下的非线性性能的可行性。同时,探讨侧向加载模式对结构性能分析的影响,以及防屈曲支撑对结构能力谱、需求谱和破坏机制等的影响。最后,计算结构整体和各层损伤指数,引入能衡量结构累积能量损耗的滞回耗能循环次数指标。考虑到地震动与结构都包含大量不确定因素和不可控条件,以及结构损伤本身的模糊性,引入模糊子集和模糊隶属度的概念,运用模糊数学中的模糊综合评判方法,综合整体损伤指数、层损伤指数、层间位移角和滞回耗能循环次数四者,进行结构多元模糊地震损伤评估。结果表明,具有明显长周期速度脉冲特征的近震,对结构变形影响和能量输入是远震和常用近震下的几倍;防屈曲支撑既能大幅度控制结构变形、耗散50%左右地震输入能量,又能减小结构自振周期使其避开近震的长周期速度脉冲效应,发挥第一道防线作用;综合采用不同指标,进行结构多元模糊地震损伤评估,可使结构抗震安全性评定具有科学的多指标综合含义。
韩言召[10]2014年在《城市多龄期钢框架构件地震损伤模型及结构地震易损性研究》文中研究表明本文通过试验和数值模拟相结合的研究手段，对酸性大气环境下的城市多龄期钢框架的相关抗震性能评估方法进行了研究，其中包括：钢框架柱地震损伤模型研究和钢框架地震易损性研究。通过气雾腐蚀箱对城市酸性大气环境进行模拟，研究了钢材材料的力学性能在酸性大气环境下的退化规律，以及酸性大气环境下钢框架柱的地震损伤演化过程。通过变化加载方式、轴压比、锈蚀程度，对于12榀钢框架柱进行了低周反复加载试验，得出了钢框架柱的强度、刚度及耗能能力随着锈蚀程度、加载循环次数、加载方式及轴压比的变化规律；并通过相关试验数据的分析，得到钢框架柱的地震损伤演化规律，即：可分为损伤产生阶段、损伤稳定发展阶段和损伤剧烈发展阶段；进而，分析了随着试件锈蚀程度、轴压比、加载循环次数等参数的改变，对试件损伤发展产生的影响，为提出新的地震损伤模型提供了有效的试验支撑；针对已有的损伤模型的不足之处，本文综合考虑了加载方式，加载路径，循环次数及屈服位移的变化，提出了一种新的地震损伤模型，并对相关参数进行了研究和说明。模型计算结果和试验研究结果的相互对比表明，该模型可较很好地描述试件在加载过程中的损伤发展情况；并依据相关研究提出了新的地震设防目标指数范围。本文根据酸性大气环境模拟下的钢材材性试验结果，结合城市既有的多龄期钢结构在实际酸性大气环境下的钢材锈蚀情况，得出了钢材材料相关力学性能随着钢结构龄期发展的退化规律。进而，基于该规律，利用ABAQUS有限元模拟软件，选用15条地震波进行了12次调幅，对城市酸性大气环境下服役龄期为0年、15年、30年、45年的四种钢框架，进行了增量动力时程分析；并采用层间位移角为性能准则，对钢框架进行了地震易损性研究。研究结果表明：在相同的地震动强度下，随着龄期的增大，钢框架结构超越某一极限状态的概率也随之增大。
参考文献：
[1]. 钢框架结构地震作用下累积损伤分析及试验研究[D]. 贲庆国. 南京工业大学. 2003
[2]. 高层钢框架结构强震损伤评估与抗倒塌设计[D]. 杨冬玲. 北京交通大学. 2010
[3]. 钢框架结构在地震作用下累积损伤分析及试验研究[J]. 李洪泉, 贲庆国, 于之绰, 张跃强, 吕西林. 建筑结构学报. 2004
[4]. 高层钢框架结构强震损伤演化分析与试验研究[D]. 单旭. 北京交通大学. 2011
[5]. 采用摇摆桁架和BRB的钢框架结构地震失效模式优化与控制[D]. 杨宁. 哈尔滨工业大学. 2016
[6]. 存在损伤的既有钢框架结构在地震作用下的稳定性研究与应用[D]. 张红霞. 长春工程学院. 2016
[7]. 序列型地震作用下钢框架抗震性能研究[D]. 张一. 东南大学. 2018
[8]. 近海大气环境下在役钢框架结构地震损伤性能及易损性研究[D]. 孙乐彬. 西安建筑科技大学. 2015
[9]. 近场强震作用下防屈曲支撑钢框架结构的耗能减振与损伤分析[D]. 任重翠. 哈尔滨工业大学. 2008
[10]. 城市多龄期钢框架构件地震损伤模型及结构地震易损性研究[D]. 韩言召. 西安建筑科技大学. 2014