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面向抗震韧性评价的型钢混凝土柱易损性函数

哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：李磊王菲菲代旷宇于晓辉西安建筑科技大学土木工程学院西部绿色建筑国家重点实验室(西安建筑科技大学) 郑州大学土木工程学院桂林理工大学土木与建筑工程学院

为满足型钢混凝土（SRC, steel reinforced concrete）结构地震损失评估及抗震韧性评价的需求，建立SRC柱构件的地震易损性函数十分关键。本文首先基于文献调研，结合JGJ 138—2016《组合结构设计规范》，从国内外文献中筛选了227榀拟... 详细信息

为满足型钢混凝土（SRC, steel reinforced concrete）结构地震损失评估及抗震韧性评价的需求，建立SRC柱构件的地震易损性函数十分关键。本文首先基于文献调研，结合JGJ 138—2016《组合结构设计规范》，从国内外文献中筛选了227榀拟静力循环加载的SRC柱，建立标准化的SRC柱试验数据库。其次，考虑失效模式的差异性，将构件分为延性SRC柱和偏脆性SRC柱，并给出了不同类别的构件损伤等级划分标准及对应的修复方法。然后，以位移角为工程需求参数，分别提取了各构件对应不同损伤等级的位移角限值，采用FEMA P-58方法，建立了不同类别的SRC柱在各损伤等级下的易损性函数。最后，给出了与GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》相容的易损性函数参数表，并分析了抗震等级和轴压比对SRC柱易损性函数参数及易损性曲线的影响。最终，通过分析一幢型钢混凝土框架结构办公楼的抗震韧性，说明了所提出的易损性函数在抗震韧性评价中的作用。

关键词：型钢混凝土柱试验数据库损伤状态易损性函数抗震韧性评价标准

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锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

建筑结构学报 2022年第8期43卷 20-31页

作者：代旷宇于晓辉李雨适吕大刚郑州大学土木工程学院河南郑州450001 桂林理工大学土木建筑工程学院广西桂林541004 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 中国建筑股份有限公司埃及分公司开罗11924

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别... 详细信息

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明:不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。

关键词：钢筋混凝土结构钢筋锈蚀地震易损性地震需求抗震能力

基于耐震时程法的锈蚀RC框架结构抗地震倒塌能力评估

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地震工程与工程振动 2022年第6期42卷 129-135页

作者：何子涵代旷宇吕大刚于晓辉哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004

钢筋锈蚀会造成钢筋混凝土结构的抗震性能下降,使得结构在地震作用下更易发生倒塌。因此,有必要针对锈蚀钢筋混凝土结构开展抗地震倒塌能力评估。目前,增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法被广泛用于结构的抗倒塌... 详细信息

钢筋锈蚀会造成钢筋混凝土结构的抗震性能下降,使得结构在地震作用下更易发生倒塌。因此,有必要针对锈蚀钢筋混凝土结构开展抗地震倒塌能力评估。目前,增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法被广泛用于结构的抗倒塌能力评估中。然而,IDA方法计算耗时多,计算效率较差。针对这一问题,文中采用耐震时程方法对锈蚀钢筋混凝土结构进行抗地震倒塌能力评估。以一栋按我国规范设计的钢筋混凝土框架作为研究对象,考虑未锈蚀,10%锈蚀率和20%锈蚀率3种工况的影响。分别采用耐震时程法和IDA方法得到了未锈蚀,10%锈蚀率和20%锈蚀率下钢筋混凝土框架结构的倒塌易损性曲线,并计算获得了结构的倒塌裕度比。研究结果表明:随着锈蚀率的提高,钢筋混凝土框架结构的倒塌裕度比会随之减小。将耐震时程法和IDA方法的分析结果进行对比,2种方法获得的结构倒塌易损性曲线和倒塌裕度比结果均吻合良好,说明耐震时程法可作为IDA方法的一种有效替代方法用于结构的抗倒塌能力分析。

关键词：地震抗倒塌能力钢筋锈蚀钢筋混凝土结构耐震时程法倒塌裕度比

酸性大气环境下再生混凝土砖组合墙抗震性能试验研究及地震易损性分析

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酸性大气环境下再生混凝土砖组合墙抗震性能试验研究及地震易损性...

作者：代旷宇西安建筑科技大学

学位级别：硕士

砌体结构是一种具有悠久历史的建筑结构形式,其在我国乃至世界各地均具有非常广泛的应用。改革开放以来,随着我国经济的迅速发展,环境的污染不可避免的造成了酸雨问题,而酸雨对建筑物造成的伤害已成为我国建筑物过早退役的罪魁祸首之一... 详细信息

砌体结构是一种具有悠久历史的建筑结构形式,其在我国乃至世界各地均具有非常广泛的应用。改革开放以来,随着我国经济的迅速发展,环境的污染不可避免的造成了酸雨问题,而酸雨对建筑物造成的伤害已成为我国建筑物过早退役的罪魁祸首之一。随着酸雨对砌体结构腐蚀程度的加深,结构的整体承载力会下降,使用功能降低,这严重影响了其耐久性,砌体结构在酸雨环境作用下的性能退化研究势在必行。本文设计制作了8榀再生混凝土组合墙片,采用人工模拟酸雨腐蚀试验对墙片进行了不同程度的腐蚀。随后通过墙片的低周反复加载试验研究了再生混凝土砖组合墙抗震性能随酸雨腐蚀循环次数增加的退化规律。试验结果对比分析表明,随着试件受酸雨腐蚀程度的增加,试件的开裂荷载、极限荷载整体上呈现下降的趋势,而开裂位移、极限位移大致上呈增长的趋势,其初始刚度逐渐减小,试件的延性变差,耗能能力变弱。随后,简要分析酸性大气环境下墙体性能退化原理,由细观角度上来讲,墙体性能退化的原因为随着酸雨腐蚀,砂浆及砖的密实度持续加强直至达到饱和状态发生膨胀破坏,从而产生微裂缝降低砂浆与砖的强度;由宏观角度上来讲,酸雨腐蚀使得砂浆与砖的胶结面更容易产生微裂缝,甚至产生粘结面局部脱离,使得其抗剪强度的下降。在试验的基础上对带构造柱墙体极限荷载计算公式进行了修正并结合本文及国内诸多文献的试验值进行了对比分析,结果表明本文修正理论计算公式具有很好的精确性。随后,介绍了陆新征-曲哲恢复力模型及其关于砌体结构各参数的标定,针对个别参数进行了修正。接着,基于损伤理论建立了砌体结构损伤恢复力模型,并基于损伤恢复力模型在有限元软件MARC中利用三弹簧单元模型进行了有限元模拟。基于损伤的陆新征-曲哲模型可以很好的考虑砌体结构材料退化特性,同时也证明了三弹簧单元模拟砌体构件的滞回性能有很好的准确度。最后,本文选取了典型的在役砌体结构建筑并在有限元软件中进行了结构建模,对有限元模型中的不同的墙片进行了分类,并针对所有墙片代入基于损伤理论的陆新征-曲哲恢复力模型。随后,根据地震波选波原则选取12条地震波并对结构进行了IDA分析,最终建立了结构不同损伤程度的地震易损性曲线。易损性分析结果表明,随着结构损伤程度的增加,结构在各极限破坏状态对应的超越概率增大。计算结果可为既有的砌体结构抗震性能评估提供理论依据。

关键词：再生混凝土砖酸雨腐蚀砌体结构恢复力模型易损性

基于改进Ibarra-Medina-Krawinkler材料模型的RC圆柱恢复力模型参数识别

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工程力学 2021年第1期38卷 154-163,173页

作者：代旷宇于晓辉王硕吕大刚中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

该文基于美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的76根弯曲破坏及弯剪破坏的钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)圆柱试验数据,以峰值指向型改进Ibarra-Medina-Krawinkler(I-M-K)材料模型作为恢复力模型,采用OpenSEES有限元平台... 详细信息

该文基于美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的76根弯曲破坏及弯剪破坏的钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)圆柱试验数据,以峰值指向型改进Ibarra-Medina-Krawinkler(I-M-K)材料模型作为恢复力模型,采用OpenSEES有限元平台对所选择的RC圆柱试验数据进行数值模拟,识别得到了每一RC圆柱的恢复力模型参数。选取RC圆柱的15个基本设计参数为基本变量,采用多元线性回归和分步拟合,获得了RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)。通过对试验验证组中3根RC圆柱的滞回试验数据进行模拟,对该文提出的RC圆柱恢复力模型参数的经验预测公式(值)的合理性进行了验证。结果表明:该文获得的经验预测公式(值)可以较为准确地预测RC圆柱的恢复力模型参数,可以较合理地反映RC圆柱在循环加载过程中的强度及刚度的退化特征。

关键词： RC圆柱改进I-M-K材料恢复力模型参数识别预测方程

主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构损伤分析

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建筑结构学报 2019年第3期40卷 127-133页

作者：于晓辉代旷宇周洲吕大刚马富梓哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 广西大学防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530000 河南省建筑设计研究院有限公司河南郑州450000

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生"二次损伤"。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余... 详细信息

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生"二次损伤"。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余震序列对结构造成累积损伤及余震对结构造成的增量损伤进行了研究。选取75条真实主震及其余震记录构成序列型地震动输入。同时,采用真实主余震序列中的主震记录,分别采用重复法和随机法两种人工余震构造方法,构造两组人工主余震序列作为地震输入。采用改进的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对结构在主震及其在真实和人工主余震序列作用的损伤进行计算,并对余震产生的结构增量损伤进行评估。进一步以峰值加速度、谱加速度、Arias强度作为主震和余震强度参数,研究了余震与主震强度比与余震增量损伤之间的相互关系。分析结果表明:基于随机法的人工主余震序列会对结构造成最显著的增量损伤;采用余震和主震强度比可以较好地预测余震增量损伤的显著性。

关键词：钢筋混凝土框架结构主余震序列改进Park-Ang损伤指数增量损伤

主余震序列作用下非线性单自由度体系的增量损伤分析

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工程力学 2019年第3期36卷 121-130页

作者：于晓辉乔雨蒙代旷宇陶静吕大刚中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室哈尔滨150090

同时采用真实主余震序列和人工构造主余震序列作为输入,开展了非线性单自由度体系在主余震序列作用下的增量损伤分析。挑选75组真实主余震序列,并基于相同的主震记录,分别采用重复法、随机法和衰减法构造不同的人工主余震序列作为输入... 详细信息

同时采用真实主余震序列和人工构造主余震序列作为输入,开展了非线性单自由度体系在主余震序列作用下的增量损伤分析。挑选75组真实主余震序列,并基于相同的主震记录,分别采用重复法、随机法和衰减法构造不同的人工主余震序列作为输入。分别采用理想弹塑性模型、考虑屈服后刚度的双线型模型和三线型模型,开展主余震序列作用下非线性单自由度体系的反应分析。以修正的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构增量损伤进行研究,并对强度折减系数、恢复力模型及主余震序列人工构造方法对增量损伤的影响进行研究。结果表明:余震造成的结构增量损伤不可忽视。基于重复法和随机法合成的人工主余震序列相比真实主余震序列的余震强度偏大,因此会高估余震对结构造成的增量损伤。基于衰减法合成的人工主余震序列的余震强度偏小,会低估余震对结构造成的增量损伤。结构特性对增量损伤的影响很小,体现为不同强度折减系数及不同恢复力模型对结构增量损伤的影响均不明显。

关键词：主余震序列增量损伤单自由度体系重复法随机法衰减法

FRP加固非延性RC框架结构的地震易损性分析

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工程力学 2017年第B6期34卷 49-53,70页

作者：吕大刚代旷宇于晓辉李宁结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 天津大学建筑设计规划研究总院天津300100

对FRP加固非延性RC框架结构的地震易损性进行分析。以3层、6层和9层非延性RC框架结构为研究对象,针对三种不同的FRP加固方案,分别采用云图法和Pushover方法对结构的地震需求和抗震能力进行分析。通过对比FRP加固前后非延性RC框架结构的... 详细信息

对FRP加固非延性RC框架结构的地震易损性进行分析。以3层、6层和9层非延性RC框架结构为研究对象,针对三种不同的FRP加固方案,分别采用云图法和Pushover方法对结构的地震需求和抗震能力进行分析。通过对比FRP加固前后非延性RC框架结构的地震易损性,评估FRP加固方法对非延性RC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:FRP加固方法可以有效提高非延性RC框架结构抗震性能。在所采用的FRP加固方案中,底层关键楼层加固方案对非延性RC框架结构的抗震性能改善作用最为明显。此外,FRP加固方法对非延性RC框架结构的性能改善作用与结构高度相关,结构越高,FRP加固效果越差。

关键词： FRP 非延性 RC框架结构地震易损性抗震加固

采用光圆钢筋配筋的锈蚀RC框架结构抗震性能分析:以新西兰结构为例

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土木工程学报 2020年第S2期53卷 53-60页

作者：代旷宇于晓辉吕大刚 Nataraj Sunil Hogan Lucas 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 奥克兰大学奥克兰1023

该文对光圆钢筋配筋RC框架结构在锈蚀环境下的抗震性能进行分析,提出一种可以考虑光圆钢筋锈蚀引起的材料性能退化及钢筋-混凝土黏结滑移性能退化的节点宏单元模型。通过对已有试验结果进行模拟,验证所提出节点模型的合理性。以新西兰... 详细信息

该文对光圆钢筋配筋RC框架结构在锈蚀环境下的抗震性能进行分析,提出一种可以考虑光圆钢筋锈蚀引起的材料性能退化及钢筋-混凝土黏结滑移性能退化的节点宏单元模型。通过对已有试验结果进行模拟,验证所提出节点模型的合理性。以新西兰奥克兰市的一栋光圆钢筋配筋的锈蚀RC结构为例,基于SeismoStruct有限元软件,采用所提出的节点模型建立算例结构完好及锈蚀后的有限元模型。分别采用静力Pushover方法及动力时程分析法对算例结构的抗震性能进行分析。分析结果表明:光圆钢筋锈蚀引起的RC框架结构抗震性能退化幅度要高于变形钢筋。

关键词：锈蚀光圆钢筋节点宏单元 RC框架结构抗震性能