RC框架结构地震倒塌易损性分析的实用方法
基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析

第51卷第15期2021年8月上建㊀筑㊀结㊀构Building StructureVol.51No.15Aug.2021DOI :10.19701/j.jzjg.2021.15.009∗广西防灾减灾与工程安全重点实验室系研究资助项目(2016ZDK009,2016JYB009),云南省教育厅科学研究基金资助项目(2018Y07)㊂作者简介:杨思昭,硕士,Email:yangsz0616@;通信作者:王宪杰,博士,硕士生导师,Email:xianjiewang @㊂基于材料参数更新的RC 框架结构时变易损性分析∗杨思昭1,㊀王宪杰1,2(1云南大学建筑与规划学院,昆明650500;2浙江大学建筑工程学院,杭州310058)[摘要]㊀随着服役龄期的增加,既有建筑结构的力学性能在自然条件下会呈现出衰退趋势,形成耐久性损伤㊂结构耐久性研究存在时间跨度长㊁影响因素复杂㊁不确定性大等问题,目前尚未有成熟的随机理论成果对其准确预测,基于数据监测更新的随机模型在一定程度上为该问题的解决提供了新的思路㊂基于材料实测数据驱动的贝叶斯信息更新,发展了概率密度演化理论基础上的结构易损性分析方法,从而实现对结构实时动态性能的准确预判㊂考虑材料性能参数的随机性,以某7层RC 框架结构为例,在5个地震动条带中均匀选取满足场地条件的20条地震动记录,综合考虑结构自身参数与外界激励的不确定性,形成6个目标龄期㊁4种性能水平下的地震易损性曲线,进而生成考虑龄期连续变化的时变易损性曲面,证明所提方法的工程实用性㊂[关键词]㊀材料性能退化;RC 框架结构;实测数据驱动信息更新;概率密度演化理论;时变易损性中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:1002-848X (2021)15-0054-08[引用本文]㊀杨思昭,王宪杰.基于材料参数更新的RC 框架结构时变易损性分析[J].建筑结构,2021,51(15):54-61.YANG Sizhao,WANG Xianjie.Time-dependent vulnerability analysis of RC frame structures based on material parameter updating[J].Building Structure,2021,51(15):54-61.Time-dependent vulnerability analysis of RC frame structures based on material parameter updatingYANG Sizhao 1,WANG Xianjie1,2(1School of Architecture and Urban Planning,Yunnan University,Kunming 650500,China;2College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)Abstract :With the increase of curing age,the mechanical properties of the existing structure show a tendency of decay inthe atmospheric environment that forming durability damage.There is no mature stochastic theory achievement to predict it accurately at present because the research on the structures durability has problems such as long time span,complex influencing factors and large uncertainly,etc.The random model based on data monitoring and updating provides a newidea for solving this problem to some extent.The Bayesian information updating method based on measured data of material was proposed,the structural vulnerability analysis method was established based on the probability density evolution method(PDEM),thus the real-time dynamic performance of structures was accurately predicted.A 7-layer RC frame structures was taken as an example,and the 20ground motion records of satisfying the site conditions were uniformly selected in the 5seismic belts to comprehensively considering the randomness of structural parameters and external excitation.Seismicvulnerability curves with 6target ages and 4performance levels were formed,and then the time-dependent vulnerabilitysurfaces with the continuous change of curing age were established.The engineering practicability of the proposed methodwas verified.Keywords :material performance degradation;RC frame structure;information updating driven by measured data;probability density evolution method;time-dependent vulnerability0㊀概述㊀㊀地震易损性分析能够预测在不同强度地震作用下,建筑结构达到或超越不同性能水准的概率[1-2]㊂但传统的易损性分析主要是静态的,未考虑材料性能衰退对结构抗震性能的影响㊂事实上,结构在全寿命周期内,随着服役龄期的增加,由于受力构件有效截面面积的减小和材料力学性能的退化,结构在同一地面运动加速度作用下发生破坏的概率增加[3-4]㊂因此,在进行地震易损性评估的研究中,考虑材料时变特性的影响更能真实反映不同服役期建筑结构的地震易损性㊂但由于耐久性研究存在时间跨度长㊁影响因素复杂㊁不确定性大等问题,目前尚未有统一㊁可靠的理论模型来刻画材料㊁构件和结构层面的长周期㊁随第51卷第15期杨思昭,等.基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析机衰变特性㊂与此同时,在实际工程的检测㊁监测和检修等作业中,已取得了服役结构的诸多性能参数㊂但实际工程中的实测数据(特别是有损检测)由于样本数量少而缺乏足够的代表性,仅依靠小样本检测数据评估建筑结构的实际工作性能缺乏足够的完备性[5]㊂结合现有的实测数据,引入信息更新理论对初始设计模型不断修正和完善,可实现对具体结构性能退化的合理预测㊂针对实时信息更新与系统吸收,经典贝叶斯方法可以有效实现对先验分布的相关参数进行重新估计和检验,得到系统后验分布数据[6-7]㊂因此,采用贝叶斯方法进行结构耐久性分析既能利用多年来耐久性基础研究对结构内在规律的理性认识,又能考虑结构的实际情况[8],从而准确刻化结构实时动态性能㊂退化结构的时变结构抗力是非平稳随机过程,要求必须以随机过程理论为基础,研究随机荷载效应超过随机抗力的概率[9]㊂即通过理论分析研究结构的时变易损性时,同时需要考虑结构自身参数的不确定性和外界激励的随机性㊂此外,在传统的地震易损性研究中,为了便于问题的求解,通常需要基于以下几点假定进行分析[2-4,10]:结构地震需求参数和给定地震动水平作用之间服从幂指数回归关系;在给定地震动水平作用下,结构地震需求参数服从对数正态分布;结构的概率抗震能力服从对数正态分布㊂显然,基于此求解得到的地震易损性结果只是经验估计值,不能反映结构响应的真实概率分布㊂李杰[11]提出的概率密度演化理论不仅为复合随机问题的求解提供了理论依据,而且可以分析得到满足真实分布的结构响应概率密度分布函数,为精细化评估既有结构的地震易损性提供了新思路㊂本文通过总结建筑材料耐久性的相关研究成果,建立材料力学性能退化模型;引入不同服役龄期材料力学性能的实测数据,并采用贝叶斯方法进行数据更新㊂基于更新的材料性能退化模型与概率密度演化理论对某7层带内廊式对称三跨RC框架结构的地震易损性进行分析,得到RC框架结构抗震性能随服役龄期的一般变化规律㊂1㊀材料性能时变特性分析与贝叶斯方法1.1随机参数更新贝叶斯方法㊀㊀已有研究[12-13]表明,一般大气环境中既有建筑物混凝土的抗压强度服从正态分布,其均值和标准差是服役时间t的函数㊂采用共轭先验分布确定均值μ的后验分布㊂当方差σ2已知时,均值μ的先验分布可视为服从正态分布N(θ,τ2),即:π(μ)=12πτexp-12τ2(μ-θ)2éëêêùûúú(1)式中:θ,τ为超参数,可根据先验预测公式进行确定㊂先验分布反映对研究对象内在规律的理性认识,不可避免的存在主观判断,尚需考虑其实际情况㊂设t时刻材料物理性能参数的实测样本值{x1, x2,x3, ,x n}取自总体样本N(μ,σ2),其中方差σ2已知㊂则此样本x的似然函数可表示为:p(xμ)=12πσ()n exp-12σ2ðn i=1(x i-μ)2éëêêùûúú(2)㊀㊀进而,由贝叶斯方法可将结构物理参数μ的后验分布表示为:π(μx)=p(xμ)π(μ)ʏ+ɕ-ɕp(xμ)π(μ)dμ(3)㊀㊀将式(1),(2)带入式(3),经过一定的数学推导可得μ的后验分布为:π(μx)=2πA()12exp-(μ-B/A)22/Aéëêêùûúú(4)其中,A=1/σ20+1/τ2,B=x-/σ20+θ/τ2,σ20=σ2/n, x-=ðn i=1x i/n㊂由式(4)可知参数μ的后验分布亦服从正态分布,其均值θ1和标准差τ21分别为:θ1=BA=θ+τ2σ20+τ2(x--θ),τ21=(σ0τ)2σ20+τ2(5)㊀㊀图1给出了采用贝叶斯方法对材料性能参数进行信息更新的一般流程㊂图1㊀材料性能参数贝叶斯动态信息更新过程1.2混凝土经时抗压强度预测模型㊀㊀一般而言,混凝土经时抗压强度的均值在初期随时间增大而增大,但增长速率逐渐减缓,在后期则随时间增大而降低;标准差随时间增大而增大,且不55建㊀筑㊀结㊀构2021年受均值影响㊂牛荻涛等[12]通过分析长期暴露试验和实测的服役混凝土强度,建立了一般大气环境中混凝土强度均值μf (t )和标准差σf (t )的经时变换模型:μf (t )=1.4529exp[-0.0246(ln t -1.7154)2]㊃μᶄ0(6)σf (t )=(0.0305t +1.2368)㊃σᶄ0(7)式中μᶄ0和σᶄ0分别为混凝土28d 强度均值和标准差㊂本文依据‘混凝土结构设计规范“(GB 500102010)给出的混凝土抗压强度均值和标准值之间的关系,将混凝土强度均值μf (t )的经时变化模型转换为混凝土强度标准值f cu (t )的经时变化模型:f cu (t )=μf (t )-1.645σf (t )(8)1.3钢筋材料性能时变模型㊀㊀相较于混凝土经时抗压强度的研究,钢筋经时锈蚀深度已有较为成熟的研究成果[14],且已在规范中进行体现[15]㊂处于一般大气环境中的RC 框架结构,钢筋锈蚀开始时间t i 可按下式进行计算:t i =C -x 0k()2(9)式中:C 为混凝土保护层厚度;k 为碳化系数;x 0为碳化残量㊂具体参数取值详见规范[15]㊂钢筋锈蚀是一个电化学腐蚀过程,其锈蚀速率与钢筋表面的含氧量有关,而含氧量取决于混凝土质量㊁保护层厚度和环境条件㊂在温度为20ħ,相对湿度为75%的典型环境中,钢筋初始锈蚀电流密度i coor (1)为[14]:i coor (1)=37.8(1-w /c )-1.64C(10)式中w /c 为水灰比,当已知混凝土抗压强度标准值f cu (t )时,水灰比可按下式计算:w /c =270.79f cu (t )+13.5(11)㊀㊀进而,钢筋开始锈蚀之后的某时刻t c ,钢筋锈蚀电流密度i coor (t c )为:i coor (t c )=i coor (1)㊃0.85㊃t -0.29c (12)㊀㊀通常情况下,当锈蚀电流密度i coor 为1μA /cm 2时,相应的钢筋锈蚀深度速率为11.6μm /年㊂2㊀经时材料本构关系定义2.1经时混凝土的本构关系㊀㊀相较于大量已有的时不变或素混凝土本构关系模型,考虑锈蚀箍筋约束影响建立的经时混凝土本构关系更符合实际服役情况㊂在考虑了体积配箍率㊁箍筋屈服强度等影响因素建立的Kent-Scott-Park 模型基础上,通过引入峰值应力和应变软化修正系数[16]建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土本构关系模型,如式(13)所示:σc =c 1k 1Kf c (t )[2εc /εcc -(εc /εcc )2](εc ɤεcc )c 1k 1Kf c (t )[1-c 3k 2Z m (εc -0.002c 2K )](εcc <εc ɤεcu )0.2c 1k 1Kf c (t )(εc >εcu )ìîíïïïï(13)式中:σc 和εc 分别为锈蚀箍筋约束混凝土的应力和应变;εcc 为锈蚀箍筋约束混凝土的峰值点应变,εcc =0.002c 2K ;εcu 为锈蚀箍筋约束混凝土的极限应变;c 1,c 2和c 3分别为非锈蚀箍筋约束混凝土的峰值应力㊁峰值点应变和应变软化调整系数,按式(14)确定;k 1,k 2分别为考虑箍筋锈蚀影响的峰值应力和应变软化修正系数,按式(15)确定;K 为考虑箍筋约束影响的混凝土强度增强系数,按式(16)确定;Z m 为应变软化段斜率,按式(17)确定;f c (t )为混凝土的轴心抗压强度㊂c 1=0.1570λt +0.9634(14-1)c 2=-1.5568λt +1.2320(14-2)c 3=17.7440λt +0.9742(14-3)k 1=(0.2914λt -0.1791)ω+1.0(15-1)k 2=exp[(-1.5852λt +0.9608)ω](15-2)K =1+λt =1+ρs f yhf c (t )(16)Z m =0.53+0.29f c (t )145f c (t )-1000+0.75ρshᵡs h-0.002K (17)式中:λt 为箍筋特征值;ω为锈胀裂缝宽度;ρs 为体积配箍率;f yh 为箍筋屈服强度;hᵡ为从箍筋外边缘算起的核心混凝土宽度;s h 为箍筋间距㊂2.2锈蚀钢筋的本构关系㊀㊀实际工程中的锈蚀钢筋,当其锈蚀率ηs <80%时,本构关系可按式(18)进行确定[17]:σs =E s0εs (εs ɤεsyc )f yc(εsyc <εs ɤεshc )f yc +εs -εshc εsuc -εshc (f uc-f yc )(εs >εshc )ìîíïïïïïï(18)式中:σs 和εs 分别为锈蚀钢筋的应力和应变;E s0为未锈蚀钢筋的弹性模量;f yc ,f uc 分别为锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度,按式(19)确定;εsyc ,εshc 和εsuc 分别为锈蚀钢筋的屈服应变㊁强化应变和极限应变,按式(20)确定㊂65第51卷第15期杨思昭,等.基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析f yc=1-1.049ηs1-ηs f y0(19-1)f uc=1-1.119ηs1-ηs f u0(19-2)εsyc=f ycE s0(20-1)εshc=f ycE s0+εsh0-f y0E s0()㊃1-ηsηs,cr()(ηsɤηs,cr)εsyc(ηs>ηs,cr)ìîíïïïï(20-2)εsuc=e-2.501ηsεsu0(20-3)式中:f y0,f u0分别为未锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度;εsh0,εsu0分别为未锈蚀钢筋的强化应变和极限应变;ηs,cr为钢筋屈服平台消失时的临界锈蚀率,带肋钢筋取20%,光圆钢筋取10%㊂3㊀基于PDEM的结构时变易损性分析㊀㊀时变易损性表征既有建筑结构在不同服役时期遭遇可能强度地震作用时,结构达到或超越各级性能水准的概率㊂可表示为:F R(a,t)=P f[PL SA=a,T=t](21)式中:F R(a,t)为结构的时变易损性;P f为失效概率;PL为结构的性能水平;SA为地震动强度指标, SA=a;T为结构服役期,T=t㊂显然,结构响应θ(SA,T)达到或超过目标性能水准θc的概率可表示为:P f[SA,T]=Pr[θcɤθ(SA,T)](22)㊀㊀通过以上分析可知,划分合理可信的目标性能水准和较为精细化求解结构在不同地震动强度和不同服役年限条件下的结构响应是时变易损性分析的基础,以下分别就这两方面进行讨论㊂3.1概率抗震能力分析㊀㊀‘建筑抗震设计规范“(GB50011 2010)蕴含丰富的基于性能抗震设计思想,其目标性能的选定依托于对性能水平的合理划分㊂针对RC框架结构,可采用结构层间位移角来定义结构的性能水平,将RC框架结构不同破坏程度对应的最大层间位移角限值列于表1㊂在此指出,为了便于问题的考虑,本文将各目标破坏状态限值视为确定量进行考虑㊂破坏等级与最大层间位移角限值的关系表1破坏等级完好轻微破坏中等破坏不严重破坏限值1/5501/2501/1201/60 3.2基于PDEM的概率地震需求分析㊀㊀传统的易损性分析方法通常假定概率地震需求参数服从对数正态分布,是基于经验的一种近似分析方法㊂区别于传统方法,基于概率守恒原理提出的概率密度演化理论[11,18]可以准确求取结构动力响应的概率密度函数及其演化过程,为结构的概率地震需求分析提供了新思路㊂假设结构反应需求参数Z(t)为所考察的状态量,对于某一物理解答存在㊁唯一且连续依赖于初始条件的概率保守系统(Z(t),Ψ),其中Ψ=(Ψ1,Ψ2, ,Ψs)为随机参数向量,s为随机变量的个数,其联合概率密度函数为P ZΨ(z,ψ,t),根据概率守恒原理的随机事件描述,则有:DDtʏΩtˑΩΨp ZΨ(z,ψ,t)d z dψ=0(23)式中:D/Dt(㊃)为全导数;ΩtˑΩΨ为初始状态空间在t时刻对应的解区域,对其经过一系列的数学推导,即求得广义概率密度演化方程㊂∂p ZΨ(z,ψ,t)∂t+Z㊃(ψ,t)∂p ZΨ(z,ψ,t)∂z=0(24)式中Z㊃(ψ,t)为考虑随机性的结构反应需求参数对时间t的一阶导数㊂设初始条件为:p ZΨ(z,ψ,t0)=δ(z-z0)pΨ(ψ)(25)式中:pΨ(ψ)为Ψ的联合概率密度函数;δ(㊃)为Dirac函数;z0为确定性初始值㊂进而,采用TVD格式的有限差分法可求得Z(t)的时变概率密度函数:p Z(z,t)=ʏΩΨp ZΨ(z,ψ,t)dψ(26)式中ΩΨ为Ψ的分布空间㊂显然,所求的时变概率密度函数p Z(z,t)即反映了给定地震动强度与结构响应之间的概率分布关系㊂3.3概率密度演化方程求解的TVD格式㊀㊀为方便讨论,取式(24)中的任一偏微分方程,记为:∂p(z,t)∂t+a(t)∂p(z,t)∂z=0(27)㊀㊀针对形如式(27)的一维偏微分方程,采用有限差分法求解是行之有效的思路之一[19],且目前已发展了单边差分格式㊁Lax-Wendroff格式和TVD格式三种求解格式㊂其中,单边差分格式精度较低,耗散效应明显;Lax-Wendroff格式不能保证结果的非负性,色散效应突出;基于上述两种基本格式,并施加适当形式的通量限制器可求得具有总变差不增的TVD格式为:75建㊀筑㊀结㊀构2021年p (k +1)j=p (k )j-12(λa -λa )Δp (k )j+12-12(λa +λa )Δp (k )j-12-12(λa -λ2a 2)φj +12Δp (k )j +12-φj -12Δp (k )j -12()(28)式中:p(k )j为将z -t 平面网格化后,p (z ,t )在网格点(z j ,t k )处的值p (z j ,t k ),其中z j =j ㊃Δz ,t k =k ㊃Δt ,Δz 和Δt 分别为空间和时间的离散步长;Δp (k )j+12=p(k )j +1-p (k )j,Δp (k )j-12=p(k )j -p(k )j -1;λ=Δt Δz为差分网格比,且λa需满足CFL 条件[19],即λa ɤ1;φj+12和φj-12为通量限制器,可按式(29)进行计算㊂φj ʃ12(r+j ʃ12,r-j ʃ12)=u (-a )φ0(r +j ʃ12)+u (a )φ0(r -j ʃ12)(29)式中:φ0(r )=max[0,min(2r ,1),min(r ,2)];r +j+12=Δp (k )j+32Δp (k )j +12=p (k )j +2-p (k )j +1p (k )j +1-p (k )j ;r -j+12=Δp (k )j-12Δp (k )j+12=p (k )j -p (k )j -1p (k )j +1-p (k )j ;r +j-12=Δp (k )j+12Δp (k )j-12=p (k )j +1-p (k )j p (k )j -p (k )j -1;r -j-12=Δp (k )j-32Δp (k )j-12=p (k )j -2-p (k )j -1p (k )j -p (k )j -1;u (㊃)为单位跃阶函数㊂3.4基本求解流程㊀㊀目前,国内外已发展了多种结构易损性分析方法[20]㊂为了较为精细地考虑既有建筑结构的抗震性能,本文给出了采用贝叶斯方法进行材料参数更新,并基于概率密度演化理论研究信息更新结构的时变易损性分析方法,具体步骤包括如下㊂(1)材料性能参数的贝叶斯更新:1)选取合理的材料物理性能经时变化模型作为先验预测信息;2)实测不同服役龄期建筑材料的实时物理性能;3)采用贝叶斯方法对先验模型进行信息更新,获得更符合实际情况的材料性能衰退模型㊂(2)随机非线性力学模型的建立:1)建立不同服役龄期条件下结构的非线性力学模型;2)选取一系列满足场地条件的不同震级㊁不同断层距的地震动时程记录;3)分析结构参数㊁外部激励存在的随机性,确定随机变量的个数,进而采用数论选点法进行离散代表点的选取和赋得概率的计算㊂(3)时变易损性分析:1)采用TVD 格式的有限差分法求解广义概率密度演化方程,获得不同服役龄期㊁不同地震动强度作用下结构需求参数的概率密度分布函数;2)定义结构的破坏等级及相应的量化指标;3)计算不同服役龄期㊁不同强度地震作用下结构响应超过不同破坏等级限值的条件概率,进而绘制以地震动参数为变量的时变易损性曲线(面)㊂4㊀算例分析4.1RC 框架结构设计㊀㊀本文以7层带内廊式对称三跨钢筋混凝土框架结构办公楼为例㊂结构设计使用年限为50年,建筑抗震设防类别为丙类;抗震设防烈度为8度(0.2g ),Ⅱ类场地,设计地震分组第二组;地面粗糙度类别C 类,基本风压0.3kN /m 2㊂框架结构平面布置如图2所示㊂结构底层层高3.9m,其余层层高3.3m㊂柱截面尺寸为0.55m ˑ0.55m,梁截面尺寸为0.50m ˑ0.20m,板厚为100mm㊂梁板柱混凝土强度等级均为C30㊂梁柱主筋采用HRB400级钢筋,梁柱箍筋㊁板采用HRB335级钢筋㊂梁柱混凝土保护层厚度20mm㊂填充墙为190mm 厚的混凝土空心砌块,活荷载标准值按‘建筑结构荷载规范“(GB 50009 2012)规定取值㊂图2㊀框架结构平面布置图采用YJK 软件进行荷载组合㊁内力分析和截面配筋等初步设计工作㊂其中,结构的柱配筋见图3㊂图3㊀结构的柱配筋示意图4.2混凝土经时强度更新的贝叶斯方法㊀㊀文献[13]采用回弹法和钻芯法实测一般大气环境中不同服役年限民用建筑物的混凝土抗压强度㊂由于钻芯法更加准确,本文选取基于此检测得到的服役混凝土相对强度样本,如表2所示㊂当已知混凝土的立方体抗压强度标准值时,乘以相应的相对强度即得到混凝土时变强度标准值㊂85第51卷第15期杨思昭,等.基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析实测服役混凝土相对强度样本值表2服役龄期/年11420335060样本均值0.842 1.047 1.0440.9730.8600.743样本容量212010984㊀㊀将式(6),(7)视为先验预测模型,并通过式(8)建立混凝土经时抗压强度平均值和标准值的换算关系㊂图4为先验混凝土经时相对强度标准值的预测模型和实测样本值的对比㊂显然,采用牛荻涛模型[12]预测的混凝土经时强度标准值高于实测样本值,即该预测模型不能很好地预测混凝土经时强度的真实情况㊂若直接采用该模型进行结构非线性响应分析,预测结果将比真实情况更大,不利于对实际服役结构进行检修决策和优化加固设计等作业㊂根据贝叶斯方法,将表2中的实测数据样本值视为似然函数,并用其将先验预测模型进行多次修正,得到信息更新后混凝土经时强度的预测值,如图5所示㊂分析可知:贝叶斯方法可有效实现先验分布和实测数据的综合㊂一方面,更新后的模型曲线与先验预测曲线的发展趋势存在相似的变化规律,即贝叶斯方法继承了对先验分布理性规律的认识;另一方面,贝叶斯模型曲线与先验分布曲线存在一定的偏移,经过若干次贝叶斯更新即可使预测结果改善,使更新值更加接近实测样本值,即贝叶斯方法能充分考虑结构的实际服役情况㊂将混凝土的经时抗压强度f cu(t)视为满足正态分布的随机变量,为了充分考虑材料的实际服役情况,采用贝叶斯方法对其均值进行参数更新(图5);而将钢筋的时变锈蚀深度视为确定性变量㊂故本文考察的7层RC框架结构中,将每一层混凝土的时变强度视为一个随机变量,共包含7个随机变量㊂表3列出了服役龄期条件下材料参数的基本时变信息㊂钢筋和混凝土采用第2节定义的经时材料本构关系模型㊂不同服役龄期下的材料性能表3服役龄期/年11420335060混凝土强度均值调整系数0.8501.0481.0450.9720.8590.746混凝土强度标准差 1.267 1.664 1.847 2.243 2.762 3.067纵筋锈蚀深度/mm00000.1900.600箍筋锈蚀深度/mm0000.105 1.075 1.494 4.3地震波的选取㊀㊀地震波的合理选取直接影响结构易损性的分析效果㊂本文基于PEER地震动数据库,取场地剪切波速V s,30为260~510m/s,对应中国的Ⅱ类场地[21]㊂选取的20条地震动记录均匀分布于以下5个地震动条带中[22]:1)SMSR(小震级㊁短距离): 5.5ɤMɤ6.5,15kmɤRɤ30km;2)SMLR(小震级㊁长距离):5.5ɤMɤ6.5,30kmɤRɤ50km;3)LMSR (大震级㊁短距离):6.5ɤMɤ7.5,15kmɤRɤ30km;4)LMLR(大震级㊁长距离):6.5ɤMɤ7.5,30kmɤRɤ50km;5)NEAR(近场地震):6.5ɤMɤ7.5, 0kmɤRɤ15km㊂其中M为震级,R为断层距,SA1为结构第一自振周期对应的加速度反应谱值㊂所选的地震波信息见表4㊂地震动记录表4编号地震名称震级断层距/km SA1/g SMSR1Friuli,Italy-01 6.5015.820.2015 SMSR2Coalinga-01 6.3629.340.2500 SMSR3Coalinga-01 6.3629.380.3900 SMSR4Whittier Narrows-01 5.9916.320.1183 SMLR1Coalinga-01 6.3638.950.3419 SMLR2Coalinga-01 6.3632.870.1566 SMLR3Big Bear-01 6.4644.650.0518 SMLR4Big Bear-01 6.4635.200.2207 LMSR1Loma Prieta 6.9315.320.5579 LMSR2Northridge-01 6.6917.150.8522 LMSR3Cape Mendocino7.0119.320.7014 LMSR4Chuetsu-oki,Japan 6.8019.890.4029 LMLR1Kern County7.3638.890.1566 LMLR2Loma Prieta 6.9330.860.4237 LMLR3Hector Mine7.1331.060.3106 LMLR4San Simeon,CA 6.5231.390.1015 NEAR1Victoria,Mexico 6.3314.370.6283 NEAR2Northridge-01 6.69 5.480.8132 NEAR3Northridge-01 6.69 5.190.8870 NEAR4Duzce,Turkey7.1412.040.5054 4.4时变易损性分析㊀㊀对不同服役龄期㊁不同地震作用下具有随机参数的目标结构进行非线性时程分析㊂以求得在结构基本自振周期对应的加速度反应谱SA1作用下,结构的层间速度响应Z㊃(ψ,t)㊂采用TVD格式的有限差分法求解式(24)以得到目标响应量的概率密度分布函数,视其为概率地震需求参数㊂基于最大层间位移角的概率密度分布函数求得结构在不同服役年限㊁不同地震动水平㊁不同性能等级作用下的失效概率,采用分段三次Hermite函数拟合得到服役结构在不同服役龄期条件下地震易损性曲线如图6所示㊂为了更加直观地反映服役期对结构失效概率的影响,进而拟合得到三维时变易损性曲面如图7所示㊂从图6可知,随着结构破坏程度的增加,结构易损性曲线在不同服役龄期之间的差异越大㊂如:当选用结构最大层间位移角为1/550时(完好),易损性曲线在不同服役龄期之间差异很小;而选用结构95建㊀筑㊀结㊀构2021年㊀㊀㊀㊀图4㊀先验混凝土经时强度预测值与试验值对比图6㊀不同服役龄期条件的地震易损性曲线图5㊀混凝土经时相对强度均值的贝叶斯更新图7㊀时变易损性曲面最大层间位移角为1/60时(不严重破坏),易损性曲线在不同服役龄期之间差异性较大㊂即当处于不同服役龄期的既有建筑结构遭遇 小震 作用时,其易损性曲线不会存在过大的偏差;而当其遭遇 大震 作用时,材料的实时力学性能很大程度上决定了结构的安全性㊂另一方面,结合表3可知,结构服役龄期分别为14年和20年时,钢筋均未发生锈蚀,而混凝土强度均值处于相当水平;而结构服役龄期分别为1年和50年时,50年混凝土的相对强度略大于1年时的相对强度,且1年时钢筋未发生锈蚀,而50年时钢筋则发生了程度不大的锈蚀㊂故而,在本文考察的6个服役龄期内,结构服役1年和50年㊁14年和20年生成的地震易损性曲线是大致一致的,即结构抗震性能相似㊂综合分析图6和图7的结构时变易损性变化规律,可以发现:结构在服役初期,由于混凝土徐变㊁硬化等因素的影响,其强度处于增强的过程,在同一地面运动加速度作用下,其抗震性能随着服役龄期的增加而提高㊂结构服役龄期达10年左右,混凝土强度发展到较为稳定的阶段,并在今后10~20年之间处于平稳过程,该时期结构的抗震性能最好㊂结构服役龄期达25~30年时,混凝土强度开始降低,且钢筋开始锈蚀,其抗震性能开始呈现衰减的趋势㊂结构服役龄期为50~60年时(超过结构设计使用年限),混凝土强度呈现较为明显的降低趋势,且钢筋锈蚀仍持续发展,结构的抗震性能亦有一定程度的降低㊂图8㊀服役龄期1年时地震易损性计算结果对比此外,可以注意到,传统的易损性分析方法通常假定结构地震需求参数服从对数正态分布,所得的分析结果只是经验近似值㊂而采用概率密度演化理论可直接分析求得地震需求参数的真实分布模式,其计算结果相较于传统方法应更加可靠㊂限于篇幅,图8仅给出了结构在服役龄期1年时分别采用本文选用方法与传统分析方法所得的地震易损性曲06第51卷第15期杨思昭,等.基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析线㊂显然,当地震作用较小时,两种分析方法的计算结果差异不大;而当地震作用较大时,选用本文方法所得的失效概率略大于传统方法㊂即当地震作用较小时,可选用传统方法进行结构抗震性能分析,而当地震作用较大时,传统分析方法所求得的计算结果偏于不安全㊂5 结论㊀㊀本文考虑材料性能的时变规律对结构抗震性能的影响,采用实测数据进行材料信息更新,对一考虑随机参数的7层RC框架结构进行时变易损性分析,结论如下:(1)贝叶斯方法可有效实现先验分布和实测数据的综合,经过更新的贝叶斯数据既可保持已有理性认识的变化规律,又能更加接近实际服役情况㊂(2)RC框架结构的抗震性能与材料的经时性能有关,前期抗震性能随着服役龄期的增加而提高,之后一段时期内保持在较为稳定的阶段,当服役龄期达到30年前后,由于材料性能的退化,结构的抗震性能随服役龄期的增加呈现降低的趋势㊂(3)结构的时变易损性曲线在不同服役期是不一致的,且与划分的性能水平有关㊂随着结构破坏等级的增加,结构的易损性曲线在不同服役年限之间存在的差异越大㊂(4)当地震作用较小时,采用本文方法与传统方法求得的结构失效概率差异不大;而当地震作用较大时,本文方法所得的结构失效概率略大于传统方法㊂利用本文所提方法,可以求得满足实际概率分布的服役结构时变易损性,研究成果对既有建筑结构的检修决策和优化加固提供参考,具有良好的工程实用性㊂参考文献[1]JUDD J P,NIPUN P.Seismic performance of steelmoment frame office buildings with square concrete-filledsteel tube gravity columns[J].Engineering Structures,2018,172:41-54.[2]郑山锁,张艺欣,秦卿,等.RC框架核心筒结构的地震易损性研究[J].振动与冲击,2016,35(23):106-113.[3]KARAPETROU S T,FOTOPOULOU S D,PITILAKIS KD.Seismic vulnerability of RC buildings under the effectof aging[J].Procedia Environmental Sciences,2017,38:461-468.[4]郑山锁,孙龙飞,杨威,等.锈蚀RC框架结构抗地震倒塌能力研究[J].建筑结构,2014,44(16):59-63.[5]卫军,罗扣.基于贝叶斯方法的时变可靠度分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2007(2):1-3. [6]SOUSA H,SANTOS L O,CHRYSSANTHOPOULOS M.Quantifying monitoring requirements for predicting creepdeformations through Bayesian updating methods[J].Structural Safety,2019,76:40-50.[7]李英民,周小龙,贾传果.混凝土碳化深度预测中的贝叶斯方法及应用[J].中南大学学报(自然科学版),2014,45(9):3121-3126.[8]王剑,刘西拉.结构生命周期的可靠性管理[J].岩石力学与工程学报,2005,24(17):3125-3130. [9]秦权,贺瑞,杨小刚.在时变结构可靠度领域中有必要澄清一个错误概念[J].工程力学,2009,26(8):201-204.[10]于晓辉,李雁军,吕大刚,等.基于易损性的RC框架填充墙结构概率地震安全评估[J].土木工程学报,2014,47(S2):260-265.[11]LI J.Probability density evolution method:Background,significance and recent developments[J].ProbabilisticEngineering Mechanics,2016,44:111-117. [12]牛荻涛,王庆霖.一般大气环境下混凝土强度经时变化模型[J].工业建筑,1995,25(6):36-38. [13]高向玲,颜迎迎,李杰.一般大气环境下混凝土经时抗压强度的变化规律[J].土木工程学报,2015,48(1):19-26.[14]VU K A T,STEWART M G.Structural reliability ofconcrete bridges including improved chloride-inducedcorrosion models[J].Structural Safety,2000,22(4):313-333.[15]混凝土结构耐久性评定标准:CECS220 2007[S].北京:中国计划出版社,2007.[16]余波,陶伯雄,刘圣宾.锈蚀箍筋约束混凝土的本构关系模型[J].建筑结构,2017,47(S2):421-427. [17]张伟平,商登峰,顾祥林.锈蚀钢筋应力-应变关系研究[J].同济大学学报(自然科学版),2006,34(5):586-592.[18]杨俊毅,陈建兵,李杰.不同分布随机参数结构非线性地震反应的概率密度演化[J].西南交通大学学报,2015,50(6):1047-1054.[19]刘章军,陈建兵.结构动力学[M].北京:中国水利水电出版社,2012.[20]李宏男,成虎,王东升.桥梁结构地震易损性研究进展述评[J].工程力学,2018,35(9):1-16. [21]吕红山,赵凤新.适用于中国场地分类的地震动反应谱放大系数[J].地震学报,2007,29(1):67-76,114. [22]XU H,GARDONI P.Probabilistic capacity and seismicdemand models and fragility estimates for reinforcedconcrete buildings based on three-dimensional analyses[J].Engineering Structures,2016,112:200-214.16。
四层RC框架结构抗连续性倒塌分析方法对比

KL4
DC 允许值 为 1 0 当任 何构 件 的剪 力 DC R .. R
值 超过 此充许 值 , 就认 为构 件破 坏 ( 因为剪 切破 坏
w
在 结构 上 的竖 向荷 载 为 : 移 去 承重 柱 上 部 相 邻 在
开 间及 其他 部 位 均施 加 ( . D 1 0 L+0 5 L 的等 效 .L ) 静力 荷载 .
为 0 6 水平 地 震荷 载 分 项 系数 n l 3 水 ., 为 _,
平 地震 荷载 分项 系数 7v 0 5 e为 ..
收稿 日期 :0 11 —O 2 1-11
质量 折减 系 数为 0 5 周 期折 减 系数取 0 7 , ., . 5 结构
阻尼 比为 5 .
邢 甫 庆 (9 6 : , 士 , 18 一)男 硕 主要 研 究 领 域 为结 构 工 程
・
32 ・ 4
武 汉 理 工 大学 学 报 ( 通 科 学 与 工 程 版 ) 交
长边 中 柱 失 效 , 别 采 用 4种 方 法 : 性 静 力 分 析 方 法 、 线 性 静 力 分 析 方 法 、 性 动 力 分 析 方 法 分 线 非 线
和非 线 性 动 力 分 析 方 法 进 行 分 析 , 移 柱 前 后 关 键 构 件 的 内 力 变 化 进 行 了分 析 , 出 分 析 步骤 , 对 给 并
4 )地 震信 息 建筑 场地 类别 为 I 类 , ] I 抗震 设 防烈度 为 7度 , 设计 地震 基 本 加 速度 值 为 0 1 .0 g 设 计地 震 分 组 为 一 组 , 架 抗 震 等 级 为 三 级 . , 框 振 型采用 c QC组合 , 算振 型 个数 取 1 , 计 2 活荷 载
基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析

基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析
王中阳;车佳玲;张尚荣;包超
【期刊名称】《震灾防御技术》
【年(卷),期】2018(013)003
【摘要】基于“强柱弱梁”的屈服机制,依据能量平衡方法设计了某6层RC框架结构,采用震级-震中距条带地震动记录选取方法,选取12条随机地震动,利用Perform-3D有限元分析软件对结构进行增量动力(IDA)分析,得到了结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线以及结构破坏概率矩阵.分析结果表明:该方法设计的结构能够形成预设的“强柱弱梁”屈服机制,可以保证结构中梁充分参与耗能,同时结构具有较强的抗倒塌能力,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能要求.【总页数】10页(P524-533)
【作者】王中阳;车佳玲;张尚荣;包超
【作者单位】宁夏大学,土木与水利工程学院,银川750021;宁夏大学,土木与水利工程学院,银川750021;宁夏大学,土木与水利工程学院,银川750021;宁夏大学,土木与水利工程学院,银川750021
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于谱匹配的近远场地震动作用下RC框架结构易损性分析 [J], 韩建平;魏世龙;张鑫
2.基于谱匹配的近远场地震动作用下RC框架结构易损性分析 [J], 韩建平;魏世龙;张鑫;;;;;;
3.基于IDA方法的加固震损RC框架结构地震易损性分析 [J], 路沙沙;徐红;张亚楠;谢雨航;刘少栋
4.RC框架结构基于增量动力分析的地震易损性分析 [J], 王英俊;张成兴;王俊;韩春
5.基于材料参数更新的RC框架结构时变易损性分析 [J], 杨思昭;王宪杰
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框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析

框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析一、本文概述本文旨在深入研究框架结构在地震中的抗倒塌能力,特别是在汶川地震极震区的实际震害案例分析基础上,探讨框架结构的抗震性能和失效机制。
汶川地震是中国历史上一次具有极大破坏性的地震,其极震区的震害情况尤为严重,为我们提供了宝贵的震害数据和实际案例。
本文通过分析这些案例,旨在提升对框架结构抗震性能的理解,为未来的抗震设计和防灾减灾提供科学依据。
文章首先将对框架结构的基本特性和抗震设计原理进行概述,为后续的分析和讨论提供理论基础。
随后,将详细介绍汶川地震极震区的几个典型框架结构震害案例,包括震害现象、破坏程度和影响因素等。
通过对这些案例的深入分析,我们将揭示框架结构在地震中的倒塌机制和薄弱环节,探讨现有抗震设计方法的优点和不足。
在此基础上,文章将进一步研究提高框架结构抗地震倒塌能力的有效措施和方法。
结合震害案例的分析结果,我们将探讨如何优化框架结构的抗震设计,提高结构的延性、耗能能力和整体稳定性。
还将关注新型抗震材料和技术的应用,以期在未来抗震设计和防灾减灾工作中取得更好的效果。
本文将对研究成果进行总结,并提出对未来研究方向的展望。
通过本文的研究,我们期望能够为提升我国框架结构抗震性能提供有益的建议和参考,为保障人民群众生命财产安全做出积极贡献。
二、框架结构的抗地震倒塌能力分析框架结构作为一种常见的建筑结构形式,其抗地震倒塌能力一直是工程界和学术界研究的重点。
在汶川地震极震区的震害案例分析中,我们可以发现,框架结构的抗地震倒塌能力受到多种因素的影响,包括结构设计、材料性能、施工质量、地震动特性等。
从结构设计的角度来看,合理的抗震设计是提高框架结构抗地震倒塌能力的关键。
在汶川地震中,一些遵循了现行抗震设计规范的框架结构表现出了较好的抗震性能,能够在地震中保持结构的整体性和稳定性。
然而,也有一些框架结构由于设计上的不足,如结构布置不合理、节点连接不牢固等,导致在地震中出现了严重的破坏甚至倒塌。
基于地震易损性分析的RC框架结构抗震性能评估研究

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t h e s e i s mi c f r a g i l i t y a na l y s i s
HUANG Do n g , ZHU Na n h a i , YE Ai we n z , OU YANG Bi n
基 于 地 震 易 损 性 分 析 的 RC 框 架 结 构 抗 震 性 能 评 估 研 究
黄 栋 , 朱 南海 , 叶 爱 文 , 欧 阳斌
( 1 . 江西理工大学建筑与测绘工程学院 , 江西 赣州 3 4 1 0 0 0; 2 . 深 圳 市广 泰 建 筑 设 计 有 限 公 司 , 广 东 深圳 5 1 8 0 0 0)
a n i n e — s t o r y r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s t r u c t u r e , w h i c h i s t h e o b j e c t o f t h i s s t u d y . Wi t h t h e m a x i mu m t o p -
摘 要: 在 利 用结构 地震 易损 性 分析 方 法进行 结构 的抗 震性 能评 估 时 , 采 用的地 震 波数 量对 于计
算精 度 具有 重要 的影 响. 为此 以 9层 钢 筋混 凝土框 架结构 为研 究对 象 ,选取 5 0条 地震 波对 其地 震 易损 性进 行 分析 , 将 最 大层 问位 移 角和 最 大顶 点位 移 角作 为结构 地震 需求参 数 . 以地震加 速度 峰值 P G A作为地 震输入 参数 ,得到不 同地震动样本条件下 的地震 易损性 曲线. 通 过比较采 用 5 0条、 4 0条和 3 0条地 震 动样 本 时求 得 的 易损 性 曲线 。 可知 三者 计 算 结果 的拟合 程 度较 好 , 但 随地 震动 样 本数 量 的减 少曲线逐 渐 出现发散 . 算例表 明对 于钢 筋混凝 土框 架结 构 。选取 3 O条 地震 动样 本 作 为 易损 性 分析 的地震 输入 , 可以 满足 结构 的计 算精 度和抗 震 性能评 估 的要 求 。 基 于地震 易损性 分析 可 以合理 预 测地震 作 用下 结构 的破坏 概 率 。 评 估 结构 的抗震 性 能. 关 键词 : 地 震 易损性 分析 ; 地 震动 样本 ; 易损 性 曲线 ; 钢 筋混凝 土框 架 结构
RC 框架核心筒结构的地震易损性研究

RC 框架核心筒结构的地震易损性研究郑山锁;张艺欣;秦卿;杨威;甘传磊;左英【摘要】In order to establish fragility curves of high-rise RC frame-core wall structures,nine typical RC frame-core wall structures with uniform story height,different spans and earthquake fortification intensity were designed and numerically modeled.Considering the randomness of earthquake ground motions input,their seismic responses were obtained through nonlinear dynamic time history analysis adopting the finite element software Perform-3D.Ultimate damage states of all structures were defined on the basis of current seismic design code to build the corresponding seismic fragility curves.The influences of structural span and seismic fortification intensity on structures'seismic fragility were analyzed.The results showed that low seismic fortification intensity makes no obviuos differences among structure vulnerability curves,while with increase in the intensity,the differences become obvious;although spans are divers,the fragility curves are similar under the same seismic fortification intensity;so,the design uncertainties have smaller effects on structures'seismis fragility.The results provided a reference for the seismic loss estimation of city high-rise buildings.%为研究高层 RC 框架核心筒结构的地震易损性,设计9榀相同层高但不同跨度和地震设防烈度的典型结构模型。
RC_框架防连续倒塌设计的多尺度建模方法
第 39 卷第 3 期2023 年6 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 , No. 3Jun. 2023RC框架防连续倒塌设计的多尺度建模方法邱璐林峰*(同济大学建筑工程系,上海 200092)摘要提出一种改进的多尺度建模方法,采用该方法对RC梁板拆柱动力试验进行模拟,关键点变形的模拟误差为2.5%,证明改进的多尺度建模方法可用于模拟结构的非线性动力响应。
通过算例比较简化建模、多尺度建模和精细建模方法的计算精度和效率。
结果表明,改进的多尺度建模方法在保证计算精度与精细建模相似的前提下,提高计算效率近3倍。
最后给出多尺度建模方法的参数取值建议。
关键词多尺度模型,连续倒塌,钢筋混凝土框架,有限元分析Multi-scale Modelling Method for RC Frame Structures Design toResist Progressive CollapseQIU Lu LIN Feng*(Department of Building Engineering,Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract This paper presents a novel multi-scale modelling method. The multi-scale modelling method was employed to simulate a dynamic test of beam-column-slab substructures, with a simulation error of key point deformation of 2.5%. Two case studies were conducted to compare the simulation accuracy and computational efficiency among the simplified model, the multi-scale model, and the detailed model. The results showed that the multi-scale model and the detailed model achieved similar simulation accuracy, while the computational efficiency of the multi-scale model was nearly three times higher than the detailed model. Finally, suggestions on the multi-scale modelling method were provided.Keywords multi-scale modelling method,progressive collapse,reinforced concrete frame,finite element analysis0 引言在爆炸或撞击等偶然荷载作用下,结构可能发生由局部破坏引起的连续倒塌。
汶川地震典型RC框架结构抗倒塌加固效果分析
汶川地震典型RC框架结构抗倒塌加固效果分析陆新征;马玉虎;唐代远;叶列平;韩强【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2011(028)002【摘要】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.【总页数】7页(P21-27)【作者】陆新征;马玉虎;唐代远;叶列平;韩强【作者单位】清华大学土木工程系,北京100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;清华大学土木工程系,北京100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;清华大学土木工程系,北京100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;清华大学土木工程系,北京100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TU352【相关文献】1.汶川地震典型教学楼附加BRB支撑防倒塌加固效果分析 [J], 唐代远;陆新征;马玉虎;叶列平;陈适才2.汶川地震典型教学楼附加BRB支撑防倒塌加固效果分析 [J], 唐代远;陆新征;马玉虎;叶列平;陈适才3.基于APM的RC框架结构抗连续倒塌研究概述 [J], 刘欢欢4.基于显式算法的RC框架结构抗地震倒塌能力分析 [J], 赵鹏举;于晓辉;陆新征5.考虑抗竖向连续倒塌的RC框架结构反应修正系数 [J], 崔双双;孙浩;吕大刚;陈艳;韩旭因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析
将分析结果与类似结构的研究进行对比,发现该结构的损伤情况和破坏机理与 已有研究基本一致。这进一步验证了基于性能的设计原则在钢筋混凝土框架结 构易损性分析中的有效性和可靠性。
结论
本次演示对基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性进行了分析,探讨了易 损性的评估因素、基于性能的设计原则以及实例分析和对比分析。通过有限元 模拟,分析了某实际钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤情况和破坏机理, 并与其他已有研究进行了对比。结果表明,采用基于性能的设计原则可以有效 降低结构在地震作用下的损伤和破坏风险。
基于性能的钢筋混凝土框架结 构地震易损性分析
01 引言
03 参考内容
目录
02 易损性分析
引言
钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构形式,广泛应用于工业、商业和民 用建筑中。然而,地震作用对这种结构的影响不容忽视。在地震灾害发生时, 结构的易损性直接影响着人们的生命安全和财产损失。因此,对钢筋混凝土框 架结构的易损性进行分析和研究具有重要意义。
实例分析
以某实际钢筋混凝土框架结构为例,对其进行了易损性分析。通过有限元模拟, 考虑了多种地震作用和材料性能的影响。分析结果表明,该结构在地震作用下 的损伤主要发生在梁柱连接处和支撑部位。这主要是因为这些部位在地震作用 下容易产生应力集中和塑性变形。同时,还发现该结构的恢复力设计较为合理, 能够在地震作用后迅速恢复。
减灾策略
为了降低锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性,需要采取一系列的减灾策略。其 中包括:
1、增强结构的整体性和稳定性:例如,增加支撑和加强连接,以提高结构的 整体性和稳定性。
2、采取防护措施:例如,使用防护涂料或防腐剂来防止或延缓钢筋的锈蚀。
3、进行结构健康监测:通过实时监测结构的健康状况,及时发现并处理可能 出现的问题。
典型RC框架结构地震倒塌机理研究
典型RC框架结构地震倒塌机理研究
多层钢筋混凝土(RC)框架结构广泛用于学校、医院和办公建筑中,近年发生的多次破坏性地震中大量RC框架结构发生粉碎性倒塌,造成大量人员伤亡。
这表明,人们对RC框架结构倒塌机理的认识与实际还有很大差距,因此,抗倒塌的设计水平远不能令人满意。
迄今为止,国内外关于RC框架结构倒塌机理的认识都集中在“层屈服机制”上,并据此提出提高柱设计弯矩以实现“强柱弱梁”。
大量实际震害表明,设有纵、横向填充墙的RC框架在强震作用下的变形模式既非“层屈服”也不是“强柱弱梁”。
本文选取汶川地震中位于极震区中漩口中学教学楼作为研究对象,按1:4的比例再现了主体结构的柱、梁、楼板,特别是按照实际构造细节,设置了满砌的横向填充墙和带压顶的纵向半高连续填充墙。
通过地震模拟振动台模型试验对结构的地震倒塌机理进行了深入探讨,认为RC框架结构在地震作用下的倒塌机理可以概括为“凝震聚力,个个击破”。
论文主要结果如下。
1.由于横向填充墙的约束作用,尽管结构沿纵向有偏心,但是测试表明结构整体没有扭转,结构各层楼板沿纵向按平动模式往复振动。
2.由于楼板沿纵向平动,地震惯性力在同一层各柱间按柱的刚度比例进行分配,刚度大,承受的地震惯性力就大。
受纵向半高连续填充墙(窗下墙)约束的柱侧向刚度显著增大,地震力向被墙约束的柱凝聚,并导致这样的柱率先破坏。
3.由于各层楼板沿纵向平动,位于同一层的各柱上端水平位移相同,受半高连续填充墙约束的柱层间位移角(倾斜度)明显大于不受约束的柱,在重力作用下率先失效,从而引发更大范围的倒塌。
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RC
摘要:
随着人们对建筑安全的关注度不断提高,RC 框架结构的地震倒塌安全性问题也越来越受到重视。
本文首先简要介绍了RC 框架结构及其地震倒塌机理,然后针对RC 框架结构地震倒塌安全性问题,提出了实用方法,包括地震易损性评估、结构强度设防标准、结构抗震加固等。
最后,通
过实际案例分析,验证了本文提出的实用方法的可行性和有效性。
关键词:RC 框架结构;地震倒塌;易损性分析;结构强度设防;抗震加固
一、引言
近年来,由于频发的地震灾害,RC 框架结构的地震倒塌安全性问题受到了广泛关注。
RC 框架结构是一种常见的建筑结构形式,其在抗震性能方面具有一定的优势,但是在地震作用下的抗震性能存在一定的局限性。
本文旨在介绍RC 框架结构地震倒塌易损性分析的实用方法,为建筑安全提供参考。
二、RC 框架结构及其地震倒塌机理
RC 框架结构是指由钢筋混凝土柱、梁、板等构件组成的框架结构,其构件的刚度和抗震性能较高。
在地震作用下,RC 框架结构的倒塌常常是由于柱子的破坏引起的。
其地震倒塌机理主要有以下几种:
1、柱子弯曲破坏:在地震作用下,柱子发生弯曲变形,当柱子承受超过其承载能力的荷载时,就会发生破坏。
2、柱子屈曲破坏:在地震作用下,柱子可能发生屈曲破坏,具体表现为柱子所承受的荷载超过了其屈曲承载能力。
3、剪力墙破坏:在RC 框架结构中,有时还会设置剪力墙以增加结构的抗震能力。
但是在地震作用下,剪力墙也可能发生破坏。
以上三种破坏方式具有相互关联性,因此在进行RC 框架结构地震倒塌易损性分析时,必须考虑这些因素。
三、RC 框架结构地震倒塌易损性分析的实用方法
针对RC 框架结构地震倒塌安全性问题,本文提出了以下实用方法:
1、地震易损性评估
地震易损性评估是指对建筑结构按照结构形式、地理位置、土地利用等因素进行评估,以确定建筑结构在地震作用下的易损性程度。
根据评估结果,可以采取相应的措施,以提高结构的抗震能力。
2、结构强度设防标准
针对RC 框架结构,国家设有一定的抗震设防标准。
根据RC 框架结构的强度、载荷及其它特性,可以确定相应的结构强度设防标准,以确保其抗震能力。
3、结构抗震加固
当RC 框架结构抗震性能不足时,可以采取抗震加固措施,以增加其抗震能力,减少地震风险。
常见的加固措施包括钢筋加固、构件加固、剪力墙加固等。
四、实例分析
以某地震事件为例,该事件中一座RC 框架结构的建筑因抗震性能不足而发生倒塌事故。
为了分析该事件的原因和措施,采用以上三种实用方法进行分析。
首先进行地震易损性评估,经过评估得知,该建筑结构地理位置、土地利用等因素对其抗震能力造成了一定影响。
因此,可以考虑在建筑设计和施工过程中,采取一些抗震措施,以增加其抗震能力。
然后针对该建筑的结构特点和性能进行结构强度设防标准的制定。
经过计算分析,确定其结构的抗震性能应达到一定标准,才能保证其在地震作用下的稳定性和安全性。
最后,对于已经建成的RC 框架结构,可以采取抗震加固措施以增加其抗震能力,例如加固柱子、剪力墙等。
这些措施能够有效提高结构的
抗震性能和安全性。
五、结论
针对RC 框架结构地震倒塌易损性问题,本文提出了一些实用方法,包括地震易损性评估、结构强度设防标准、结构抗震加固等。
这些方法
能够有效提高RC 框架结构的抗震能力,减少地震灾害造成的损失和危害。