2021年第43卷第3期文章目次
2021, 43(3):1-8.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.048
摘要:
结构在强震下形成均匀损伤状态时，各楼层的层间侧向变形近似相等、损伤大小相同，结构各部位的材料性能均得到充分发挥，易于形成整体化的屈服模式和耗能机制。基于优化准则法，考虑结构的整体损伤和局部损伤大小，构建了钢筋混凝土框架结构地震均匀损伤优化设计程序；基于非线性温克尔地基梁模型（BNWF），建立了能够考虑土结构动力相互作用的钢筋混凝土框架结构分析模型。分别以5层和8层结构为例，对其进行均匀损伤优化设计和关键收敛参数分析，对比研究了优化前后结构配筋、梁柱转角和结构最大层间位移角的变化情况。基于两个均匀损伤优化设计结构的层剪力分布，以中国抗震规范的侧向力模式为基础，提出了新型抗震设计侧向力模式。
结构在强震下形成均匀损伤状态时，各楼层的层间侧向变形近似相等、损伤大小相同，结构各部位的材料性能均得到充分发挥，易于形成整体化的屈服模式和耗能机制。基于优化准则法，考虑结构的整体损伤和局部损伤大小，构建了钢筋混凝土框架结构地震均匀损伤优化设计程序；基于非线性温克尔地基梁模型（BNWF），建立了能够考虑土结构动力相互作用的钢筋混凝土框架结构分析模型。分别以5层和8层结构为例，对其进行均匀损伤优化设计和关键收敛参数分析，对比研究了优化前后结构配筋、梁柱转角和结构最大层间位移角的变化情况。基于两个均匀损伤优化设计结构的层剪力分布，以中国抗震规范的侧向力模式为基础，提出了新型抗震设计侧向力模式。
2021, 43(3):9-15.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.184
摘要:
为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤，实现震后结构功能的快速恢复，提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例，对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析，对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明：地震作用下，结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上，但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器，新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。
为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤，实现震后结构功能的快速恢复，提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例，对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析，对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明：地震作用下，结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上，但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器，新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。
2021, 43(3):16-23.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.006
摘要:
为解决钢框架钢板剪力墙结构振动台试验缩尺模型中的剪力墙钢板厚度过薄的问题，依据结构初始抗侧刚度或承载能力等效的原则，提出中心支撑和I形钢板剪力墙两种等效模型，采用数值分析的方法，通过有限元软件ABAQUS建立精细化模型，对原型结构的钢板剪力墙和等效模型的刚度与承载力等抗震性能进行了对比分析。研究结果表明：两种等效替代模型均具有良好的耗能能力，能够在抗侧刚度或承载能力方面满足原型结构的等效设计要求，解决了模型结构中剪力墙钢板厚度小的难题；中心支撑等效方案仅可实现剪力墙的刚度或承载力单目标等效，而I形钢板剪力墙可以通过控制开洞口的尺寸，实现其刚度和承载力同时等效，为钢板剪力墙振动台试验模型的等效替代提供了参考。
为解决钢框架钢板剪力墙结构振动台试验缩尺模型中的剪力墙钢板厚度过薄的问题，依据结构初始抗侧刚度或承载能力等效的原则，提出中心支撑和I形钢板剪力墙两种等效模型，采用数值分析的方法，通过有限元软件ABAQUS建立精细化模型，对原型结构的钢板剪力墙和等效模型的刚度与承载力等抗震性能进行了对比分析。研究结果表明：两种等效替代模型均具有良好的耗能能力，能够在抗侧刚度或承载能力方面满足原型结构的等效设计要求，解决了模型结构中剪力墙钢板厚度小的难题；中心支撑等效方案仅可实现剪力墙的刚度或承载力单目标等效，而I形钢板剪力墙可以通过控制开洞口的尺寸，实现其刚度和承载力同时等效，为钢板剪力墙振动台试验模型的等效替代提供了参考。
2021, 43(3):24-36.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.011
摘要:
为了研究带可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构（HSS-FTS-RSL）的抗震性能，设计了2：3缩尺子结构试验试件，对其进行低周往复加载，研究其破坏模式、滞回性能及耗能梁段的可更换能力。基于OpenSees建立了HSS-FTS-RSL结构的简化数值分析模型，数值分析结果与试验结果吻合良好。建立了3种不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL整体结构简化数值模型，对其进行非线性时程分析。结果表明：HSS-FTS-RSL子结构试件具有良好的抗震性能，在循环荷载下表现为耗能梁段的破坏；更换耗能梁段不会影响结构的抗震性能；结构在地震作用下的变形满足规范限制要求；在构件截面尺寸相同，即相同用钢量的前提下，采用高强钢可以有效降低构件的应力水平；耗能梁段最大可更换残余层间侧移角为0.41%，且在大震后整体结构残余层间侧移角为0.028%~0.148%，可以实现耗能梁段的更换；基于不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL分析结果，建议HSS-FTS-RSL结构耗能梁段采用三跨间隔布置。
为了研究带可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构（HSS-FTS-RSL）的抗震性能，设计了2：3缩尺子结构试验试件，对其进行低周往复加载，研究其破坏模式、滞回性能及耗能梁段的可更换能力。基于OpenSees建立了HSS-FTS-RSL结构的简化数值分析模型，数值分析结果与试验结果吻合良好。建立了3种不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL整体结构简化数值模型，对其进行非线性时程分析。结果表明：HSS-FTS-RSL子结构试件具有良好的抗震性能，在循环荷载下表现为耗能梁段的破坏；更换耗能梁段不会影响结构的抗震性能；结构在地震作用下的变形满足规范限制要求；在构件截面尺寸相同，即相同用钢量的前提下，采用高强钢可以有效降低构件的应力水平；耗能梁段最大可更换残余层间侧移角为0.41%，且在大震后整体结构残余层间侧移角为0.028%~0.148%，可以实现耗能梁段的更换；基于不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL分析结果，建议HSS-FTS-RSL结构耗能梁段采用三跨间隔布置。
2021, 43(3):37-43.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.183
摘要:
提出一种模块化钢框架单元（以下简称“模块单元”）的连接方法，采用盒式连接组件（BCC-1和BCC-2）、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理，并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点（以下简称：“盒式节点”）的设计流程和设计方法。以某11层模块化钢框架办公楼为例，分别对一角节点和边节点进行设计，并采用有限元软件Abaqus对节点进行循环往复加载，以验证节点的抗震性能。结果表明：角节点、边节点的塑性铰均先在BCC-1、BCC-2腹板上形成，可以在震后快速更换BCC-1、BCC-2，以恢复节点使用功能；角节点和边节点均符合ANSI/AISC 360-10规范对半刚性节点的要求，且节点滞回曲线均饱满，抗震性能好；节点极限抗弯承载力预测值与有限元结果的比值均大于90%，说明盒式节点构造、设计理念以及提出的连接设计方法合理。
提出一种模块化钢框架单元（以下简称“模块单元”）的连接方法，采用盒式连接组件（BCC-1和BCC-2）、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理，并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点（以下简称：“盒式节点”）的设计流程和设计方法。以某11层模块化钢框架办公楼为例，分别对一角节点和边节点进行设计，并采用有限元软件Abaqus对节点进行循环往复加载，以验证节点的抗震性能。结果表明：角节点、边节点的塑性铰均先在BCC-1、BCC-2腹板上形成，可以在震后快速更换BCC-1、BCC-2，以恢复节点使用功能；角节点和边节点均符合ANSI/AISC 360-10规范对半刚性节点的要求，且节点滞回曲线均饱满，抗震性能好；节点极限抗弯承载力预测值与有限元结果的比值均大于90%，说明盒式节点构造、设计理念以及提出的连接设计方法合理。
2021, 43(3):44-50.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.180
摘要:
为研究水平钢筋连接方式对复合剪力墙节点抗震性能的影响规律，设计了水平钢筋伸入暗柱或不伸入暗柱两类组合节点。在循环荷载作用下，对两类节点共4个试件分别进行了抗震试验。通过对复合剪力墙节点的受力变形、破坏特征、滞回特性、延性以及耗能能力等方面进行研究，分析了复合剪力墙连接节点的抗震性能。通过对承载及变形、延性及耗能等指标进行对比分析发现：水平钢筋连接节点的开裂、屈服及极限荷载分别提高了2.42%、10.84%和9.25%；延性系数提高了10.26%；耗能系数提高了8.70%。研究结果表明：对剪力墙节点进行合理配筋和连接，可以有效地提高节点试件的整体抗震性能。
为研究水平钢筋连接方式对复合剪力墙节点抗震性能的影响规律，设计了水平钢筋伸入暗柱或不伸入暗柱两类组合节点。在循环荷载作用下，对两类节点共4个试件分别进行了抗震试验。通过对复合剪力墙节点的受力变形、破坏特征、滞回特性、延性以及耗能能力等方面进行研究，分析了复合剪力墙连接节点的抗震性能。通过对承载及变形、延性及耗能等指标进行对比分析发现：水平钢筋连接节点的开裂、屈服及极限荷载分别提高了2.42%、10.84%和9.25%；延性系数提高了10.26%；耗能系数提高了8.70%。研究结果表明：对剪力墙节点进行合理配筋和连接，可以有效地提高节点试件的整体抗震性能。
2021, 43(3):51-58.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.069
摘要:
板式橡胶支座的老化和偏压甚至脱空对桥梁抗震安全至关重要。将板式橡胶支座进行室内老化试验并测得弹性模量，按老化程度和轴压偏心大小共分16个工况，采用拟静力试验对比分析了热老化、偏压脱空及其耦合下支座的抗震性能指标及变化规律。结果发现：偏心受压下支座滞回曲线较为狭长，滞回曲线面积和等效阻尼比减小，水平等效刚度增大；老化后的支座剪切变形量缩减，在给定的位移幅值下，因滑移量占比加大，滞回曲线更为饱满，对应的等效阻尼比增大；老化和偏心耦合状态下的滞回曲线斜率更为平缓，支座耗能能力明显削弱；位于梁端或长期处于偏压状态的普通板式橡胶支座在地震中存在因单向累计滑移过大而脱落的风险。桥梁维护中应对支座底面采取限位措施，并对偏心受压严重的支座进行及时调整。
板式橡胶支座的老化和偏压甚至脱空对桥梁抗震安全至关重要。将板式橡胶支座进行室内老化试验并测得弹性模量，按老化程度和轴压偏心大小共分16个工况，采用拟静力试验对比分析了热老化、偏压脱空及其耦合下支座的抗震性能指标及变化规律。结果发现：偏心受压下支座滞回曲线较为狭长，滞回曲线面积和等效阻尼比减小，水平等效刚度增大；老化后的支座剪切变形量缩减，在给定的位移幅值下，因滑移量占比加大，滞回曲线更为饱满，对应的等效阻尼比增大；老化和偏心耦合状态下的滞回曲线斜率更为平缓，支座耗能能力明显削弱；位于梁端或长期处于偏压状态的普通板式橡胶支座在地震中存在因单向累计滑移过大而脱落的风险。桥梁维护中应对支座底面采取限位措施，并对偏心受压严重的支座进行及时调整。
2021, 43(3):59-66.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.173
摘要:
为提高装配式钢筋混凝土框架结构的抗震性能，针对震后梁、柱构件损伤严重等问题，提出了一种新型框架梁端构造——人工消能塑性铰，即在框架梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接，同时安装附加钢板承载并耗能。设计制作了8组不同截面形式和构造的附加钢板试件，并对装有不同附加钢板的人工消能塑性铰构造进行低周往复荷载试验，研究该构造的破坏模式，并通过滞回曲线、骨架曲线、等效粘滞阻尼系数、延性等研究其抗震性能。结果表明：塑性损伤可控制在附加钢板中间开缝段，有效利用钢板弯曲变形实现耗能，使该构造具有损伤可控和损伤构件可更换，其中，卷边槽型附加钢板可防止耗能段钢板过早屈曲并提高耗能能力。
为提高装配式钢筋混凝土框架结构的抗震性能，针对震后梁、柱构件损伤严重等问题，提出了一种新型框架梁端构造——人工消能塑性铰，即在框架梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接，同时安装附加钢板承载并耗能。设计制作了8组不同截面形式和构造的附加钢板试件，并对装有不同附加钢板的人工消能塑性铰构造进行低周往复荷载试验，研究该构造的破坏模式，并通过滞回曲线、骨架曲线、等效粘滞阻尼系数、延性等研究其抗震性能。结果表明：塑性损伤可控制在附加钢板中间开缝段，有效利用钢板弯曲变形实现耗能，使该构造具有损伤可控和损伤构件可更换，其中，卷边槽型附加钢板可防止耗能段钢板过早屈曲并提高耗能能力。
2021, 43(3):67-74.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.139
摘要:
在相邻隔震结构等效双体单自由度简化模型间设立Kelvin-Voigt型被动控制单元，基于Kanai-Tajimi谱随机地震动模型，以结构振动总能量最小为优化控制目标，分析得到连接控制参数对控制效果的影响规律及最优控制参数，并基于等效双体单自由度模型计算得到相邻高层隔震结构间连接控制最优参数，分别从时域和频域角度推导得到了相邻高层隔震结构控制的随机响应表达式，分析了连接控制装置在不同布置方案下，对结构自振特性和随机响应的影响，并通过数值分析证明了该控制方法的控制效果，表明该控制方法应用于相邻隔震结构间的有效性。
在相邻隔震结构等效双体单自由度简化模型间设立Kelvin-Voigt型被动控制单元，基于Kanai-Tajimi谱随机地震动模型，以结构振动总能量最小为优化控制目标，分析得到连接控制参数对控制效果的影响规律及最优控制参数，并基于等效双体单自由度模型计算得到相邻高层隔震结构间连接控制最优参数，分别从时域和频域角度推导得到了相邻高层隔震结构控制的随机响应表达式，分析了连接控制装置在不同布置方案下，对结构自振特性和随机响应的影响，并通过数值分析证明了该控制方法的控制效果，表明该控制方法应用于相邻隔震结构间的有效性。
2021, 43(3):75-82.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.179
摘要:
为系统评估铅黏弹性阻尼器（Lead Viscoelastic Damper，LVD）减震设计钢筋混凝土框架结构的抗震性能，设计了8度（0.2g）地区的一栋6层钢筋混凝土抗震框架结构（Reinforced Concrete Frame，RCF）和铅黏弹性阻尼减震框架结构（LVD-damped Frame，LVDF）。使用OpenSees软件建立了RCF结构和LVDF结构的弹塑性分析模型，采用ATC-63推荐的22条远场地震动对RCF和LVDF进行增量动力分析，基于增量动力分析结果对其进行概率地震需求分析和地震易损性分析，定量评估了RCF结构和LVDF结构超越各损伤状态的概率。研究表明：铅黏弹性阻尼器可以有效控制结构地震动响应，使同一地震作用下LVDF结构的地震动响应小于RCF结构；由概率地震需求分析结果可知，铅黏弹性阻尼器可以降低因地震动特性差异导致的结构动力分析结果的离散性；由地震易损性分析结果可知，LVDF结构在不同损伤状态下的超越概率均低于RCF结构，表明铅黏弹性阻尼器可以显著降低结构的损伤，提高结构的抗震性能。
为系统评估铅黏弹性阻尼器（Lead Viscoelastic Damper，LVD）减震设计钢筋混凝土框架结构的抗震性能，设计了8度（0.2g）地区的一栋6层钢筋混凝土抗震框架结构（Reinforced Concrete Frame，RCF）和铅黏弹性阻尼减震框架结构（LVD-damped Frame，LVDF）。使用OpenSees软件建立了RCF结构和LVDF结构的弹塑性分析模型，采用ATC-63推荐的22条远场地震动对RCF和LVDF进行增量动力分析，基于增量动力分析结果对其进行概率地震需求分析和地震易损性分析，定量评估了RCF结构和LVDF结构超越各损伤状态的概率。研究表明：铅黏弹性阻尼器可以有效控制结构地震动响应，使同一地震作用下LVDF结构的地震动响应小于RCF结构；由概率地震需求分析结果可知，铅黏弹性阻尼器可以降低因地震动特性差异导致的结构动力分析结果的离散性；由地震易损性分析结果可知，LVDF结构在不同损伤状态下的超越概率均低于RCF结构，表明铅黏弹性阻尼器可以显著降低结构的损伤，提高结构的抗震性能。
2021, 43(3):83-92.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.199
摘要:
基于结构自振周期及阻尼比变化对结构地震作用的影响规律，推导屈曲约束支撑（BRB）与黏滞阻尼器（VD）组合减震结构单自由度体系位移降低率及地震剪力降低率计算公式，绘制组合减震结构在目标位移降低率及目标剪力降低率下的减震性能曲线，提出基于性能的组合消能减震设计方法，采用工程算例验证该设计方法的有效性，并提出组合减震设计方法在多自由度体系中的简化应用模式。结果表明：当目标位移降低率及目标剪力降低率确定时，结构存在唯一减震性能点，合理设计下，组合减震结构可同时取得较好的位移及地震剪力减震控制效果，用该设计方法得到的算例结构实现了设定的减震目标，质量和刚度沿高度均匀分布的多自由度体系组合减震设计可采用该基于一阶振型的简化应用方法。
基于结构自振周期及阻尼比变化对结构地震作用的影响规律，推导屈曲约束支撑（BRB）与黏滞阻尼器（VD）组合减震结构单自由度体系位移降低率及地震剪力降低率计算公式，绘制组合减震结构在目标位移降低率及目标剪力降低率下的减震性能曲线，提出基于性能的组合消能减震设计方法，采用工程算例验证该设计方法的有效性，并提出组合减震设计方法在多自由度体系中的简化应用模式。结果表明：当目标位移降低率及目标剪力降低率确定时，结构存在唯一减震性能点，合理设计下，组合减震结构可同时取得较好的位移及地震剪力减震控制效果，用该设计方法得到的算例结构实现了设定的减震目标，质量和刚度沿高度均匀分布的多自由度体系组合减震设计可采用该基于一阶振型的简化应用方法。
2021, 43(3):93-100.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.178
摘要:
通过一按照现行中国规范中“强节点”原则设计的高层框架剪力墙结构中提取出的3个不同位置的梁柱节点缩尺模型的拟静力试验，研究框架结构中不同位置梁柱节点的抗震性能，试验采用柱端加载，同时考虑了楼板对节点抗震性能的影响，分析其延性、刚度、承载力、耗能等性能指标，并对裂缝开展情况做了详细记录，与构件的力学指标进行比对，将损伤状态与力学指标对应起来，为完善钢筋混凝土框架梁柱节点的易损性曲线及为相关结果信息提供试验依据。试验发现：框架结构不同位置的节点破坏形式不同，底层节点破坏形态表现为弯曲破坏，破坏主要集中在梁端和柱脚，节点区未发生明显破坏现象，而顶部节点节点区发生剪切破坏。结果表明：极高水平的节点区强节点系数和柱端弯矩放大系数可以完全避免梁柱节点区出现需要修补的损伤，实现节点弹性化，也不会削弱组合件的延性。
通过一按照现行中国规范中“强节点”原则设计的高层框架剪力墙结构中提取出的3个不同位置的梁柱节点缩尺模型的拟静力试验，研究框架结构中不同位置梁柱节点的抗震性能，试验采用柱端加载，同时考虑了楼板对节点抗震性能的影响，分析其延性、刚度、承载力、耗能等性能指标，并对裂缝开展情况做了详细记录，与构件的力学指标进行比对，将损伤状态与力学指标对应起来，为完善钢筋混凝土框架梁柱节点的易损性曲线及为相关结果信息提供试验依据。试验发现：框架结构不同位置的节点破坏形式不同，底层节点破坏形态表现为弯曲破坏，破坏主要集中在梁端和柱脚，节点区未发生明显破坏现象，而顶部节点节点区发生剪切破坏。结果表明：极高水平的节点区强节点系数和柱端弯矩放大系数可以完全避免梁柱节点区出现需要修补的损伤，实现节点弹性化，也不会削弱组合件的延性。
2021, 43(3):101-108.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.172
摘要:
为实现框架结构的震后性能快速恢复，提出一种新型性能可恢复摇摆柱（简称IRR柱）。为研究柱根加劲肋高度对IRR柱抗震性能的影响，制作并完成了2个足尺试件的往复加载试验。试验结果表明：两个试件均表现出良好的滞回性能，滞回曲线饱满，有较好的变形能力。水平荷载作用下，柱根内部加劲肋高度不足会导致钢柱侧面板发生平面外屈曲，进一步导致与之相连的钢板阻尼器塑性变形发展滞后。当柱根内部加劲肋高度足够时，柱身始终处于弹性状态，钢板阻尼器塑性变形发展充分，最终撕裂拉断，实现了“强柱弱阻尼”的设计目标。加劲肋高度由100 mm提高至420 mm，IRR柱的最大承载力和初始刚度分别提高了11.5%和25.1%，极限变形降低了39.3%。
为实现框架结构的震后性能快速恢复，提出一种新型性能可恢复摇摆柱（简称IRR柱）。为研究柱根加劲肋高度对IRR柱抗震性能的影响，制作并完成了2个足尺试件的往复加载试验。试验结果表明：两个试件均表现出良好的滞回性能，滞回曲线饱满，有较好的变形能力。水平荷载作用下，柱根内部加劲肋高度不足会导致钢柱侧面板发生平面外屈曲，进一步导致与之相连的钢板阻尼器塑性变形发展滞后。当柱根内部加劲肋高度足够时，柱身始终处于弹性状态，钢板阻尼器塑性变形发展充分，最终撕裂拉断，实现了“强柱弱阻尼”的设计目标。加劲肋高度由100 mm提高至420 mm，IRR柱的最大承载力和初始刚度分别提高了11.5%和25.1%，极限变形降低了39.3%。
2021, 43(3):109-118.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.148
摘要:
在进行超高层结构设计时，地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据，对结构的安全至关重要，但目前并没有统一的结论，因此，对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义。在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上，提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标Sa%，地震动强度指标Sa%是考虑结构前a%振型质量参与系数的自振周期所对应谱加速度的几何平均值；为了验证地震动强度指标Sa%的有效性，以实际超高层为例，使用PERFORM-3D弹塑性分析软件建立非线性模型并进行增量动力分析，根据各种地震动强度指标的θmax和Vmax结果进行离散性分析，发现地震动强度指标Sa%用于超高层结构增量动力分析时能有效减少θmax和Vmax数据的离散性，从而提高计算数据的有效性，为实际超高层结构的应用提供参考。
在进行超高层结构设计时，地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据，对结构的安全至关重要，但目前并没有统一的结论，因此，对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义。在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上，提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标Sa%，地震动强度指标Sa%是考虑结构前a%振型质量参与系数的自振周期所对应谱加速度的几何平均值；为了验证地震动强度指标Sa%的有效性，以实际超高层为例，使用PERFORM-3D弹塑性分析软件建立非线性模型并进行增量动力分析，根据各种地震动强度指标的θmax和Vmax结果进行离散性分析，发现地震动强度指标Sa%用于超高层结构增量动力分析时能有效减少θmax和Vmax数据的离散性，从而提高计算数据的有效性，为实际超高层结构的应用提供参考。
2021, 43(3):119-127.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.174
摘要:
在实际地震记录形成过程中存在高、低频成分地震波的叠加，地震动高、低频成分的组成是地震动反应谱特征的重要反映。采用数字滤波技术，以加速度反应谱平均周期2 s为截止周期，结合经验模态分解，提取2 s以上的本征模态函数及残值重构并基线校正后作为长周期分量，其余本征模态函数重组为短周期分量；通过原地震动与分量的相关性、反应谱的离散性对提取方法的有效性进行验证，并与既有方法进行对比。结果表明：该长周期地震动分量提取方法能较好地提取出在长周期和短周期部分与原地震动具有较好的相关性、地震反应谱离散性较小的长、短周期分量，且较好地反映原地震动的谱特征，在长周期地震动分量提取中具有更好的适应性。
在实际地震记录形成过程中存在高、低频成分地震波的叠加，地震动高、低频成分的组成是地震动反应谱特征的重要反映。采用数字滤波技术，以加速度反应谱平均周期2 s为截止周期，结合经验模态分解，提取2 s以上的本征模态函数及残值重构并基线校正后作为长周期分量，其余本征模态函数重组为短周期分量；通过原地震动与分量的相关性、反应谱的离散性对提取方法的有效性进行验证，并与既有方法进行对比。结果表明：该长周期地震动分量提取方法能较好地提取出在长周期和短周期部分与原地震动具有较好的相关性、地震反应谱离散性较小的长、短周期分量，且较好地反映原地震动的谱特征，在长周期地震动分量提取中具有更好的适应性。
2021, 43(3):128-134.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.016
摘要:
核设备的抗震设计是核电厂抗震领域的一个重要问题，为了实现核电厂设备典型反应谱（RRS）匹配和标准功率谱密度（PSD）包络的设计地震动拟合，提出了一个标准PSD生成方法，该方法基于2014版《标准审查大纲》（SRP）建议的核电厂厂址设计地震动拟合方法，考虑迭代相关及随机相位谱对迭代收敛效率的影响，并通过在传统频域法拟合人工波过程中控制傅里叶幅值的手段实现了RRS匹配和标准PSD包络的人工地震波合成，为核设备抗震设计的楼面地震波提供了检验依据。选择压力容器作为核设备抗震研究的原型，通过振动台模型试验对比试件的响应峰值参数以及响应加速度时程的功率谱密度函数，验证了同时匹配RRS及包络PSD的人工地震动会激励设备更大响应的理论，说明了在设计地震动拟合中包络PSD要求的意义与重要性，认为可以作为设计过程中非强制的建议条件。
核设备的抗震设计是核电厂抗震领域的一个重要问题，为了实现核电厂设备典型反应谱（RRS）匹配和标准功率谱密度（PSD）包络的设计地震动拟合，提出了一个标准PSD生成方法，该方法基于2014版《标准审查大纲》（SRP）建议的核电厂厂址设计地震动拟合方法，考虑迭代相关及随机相位谱对迭代收敛效率的影响，并通过在传统频域法拟合人工波过程中控制傅里叶幅值的手段实现了RRS匹配和标准PSD包络的人工地震波合成，为核设备抗震设计的楼面地震波提供了检验依据。选择压力容器作为核设备抗震研究的原型，通过振动台模型试验对比试件的响应峰值参数以及响应加速度时程的功率谱密度函数，验证了同时匹配RRS及包络PSD的人工地震动会激励设备更大响应的理论，说明了在设计地震动拟合中包络PSD要求的意义与重要性，认为可以作为设计过程中非强制的建议条件。
2021, 43(3):135-141.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.177
摘要:
为有效识别车辆荷载作用下钢桥面板的早期疲劳裂纹，进行钢板疲劳裂纹非线性Lamb波检测的数值模拟和试验研究。基于声接触非线性理论，提出了首波能量、拟声速和非线性参数3个损伤指标。试件同时考虑了孔洞缺陷、宏观裂纹和疲劳裂纹3种类型的缺陷，其中，疲劳扩展裂纹通过疲劳加载试验生成。在三维数值模型中，通过零长度非线性弹簧单元模拟闭合裂纹的“呼吸效应”，以模拟Lamb波与疲劳裂纹的局部非线性相互作用过程；进行了非线性Lamb波步进式扫描，并通过带通滤波器提取了二次谐波响应。研究结果表明：基波能量和拟声速指标对宏观缺陷敏感，而二次谐波能量和非线性参数对疲劳裂纹更敏感，综合3个损伤指标可以同时实现宏观缺陷和疲劳裂纹的识别和定位。
为有效识别车辆荷载作用下钢桥面板的早期疲劳裂纹，进行钢板疲劳裂纹非线性Lamb波检测的数值模拟和试验研究。基于声接触非线性理论，提出了首波能量、拟声速和非线性参数3个损伤指标。试件同时考虑了孔洞缺陷、宏观裂纹和疲劳裂纹3种类型的缺陷，其中，疲劳扩展裂纹通过疲劳加载试验生成。在三维数值模型中，通过零长度非线性弹簧单元模拟闭合裂纹的“呼吸效应”，以模拟Lamb波与疲劳裂纹的局部非线性相互作用过程；进行了非线性Lamb波步进式扫描，并通过带通滤波器提取了二次谐波响应。研究结果表明：基波能量和拟声速指标对宏观缺陷敏感，而二次谐波能量和非线性参数对疲劳裂纹更敏感，综合3个损伤指标可以同时实现宏观缺陷和疲劳裂纹的识别和定位。
2021, 43(3):142-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.176
摘要:
输电线路工程是重要的能源传输工程，但由于输电线路大多架设于乡间野外，长年累月受到环境荷载的作用，极有可能发生导线断裂事故。为了探究断线对输电塔线体系的冲击作用，运用ABAQUS有限元软件建立“四塔三线”模型，模拟不同输电线断线工况下的动态过程，开展了断线后输电塔的受力分析。基于定义的冲击系数，分析了断线前后输电塔主材杆件的受力变化情况，明确了输电塔受冲击最严重的位置。通过模拟结果与规范的对比，指出了现有规范的不足。结果表明：断线对输电塔产生的破坏主要为弯曲破坏和扭转破坏，且弯曲破坏更为严重。单根导线断裂时，上部导线断裂所造成的冲击最严重，受冲击最大的部位为断裂导线所连横担与其下方相邻横担之间的一段塔身。随着断线根数增多，扭转破坏所占比例有所增加，各横担之间的塔身为破坏最严重的部位。按规范取值并通过静力方法计算断线对输电塔的影响不能确保结构在断线动力冲击下的安全，有必要采用动力分析对输电塔进行验算。
输电线路工程是重要的能源传输工程，但由于输电线路大多架设于乡间野外，长年累月受到环境荷载的作用，极有可能发生导线断裂事故。为了探究断线对输电塔线体系的冲击作用，运用ABAQUS有限元软件建立“四塔三线”模型，模拟不同输电线断线工况下的动态过程，开展了断线后输电塔的受力分析。基于定义的冲击系数，分析了断线前后输电塔主材杆件的受力变化情况，明确了输电塔受冲击最严重的位置。通过模拟结果与规范的对比，指出了现有规范的不足。结果表明：断线对输电塔产生的破坏主要为弯曲破坏和扭转破坏，且弯曲破坏更为严重。单根导线断裂时，上部导线断裂所造成的冲击最严重，受冲击最大的部位为断裂导线所连横担与其下方相邻横担之间的一段塔身。随着断线根数增多，扭转破坏所占比例有所增加，各横担之间的塔身为破坏最严重的部位。按规范取值并通过静力方法计算断线对输电塔的影响不能确保结构在断线动力冲击下的安全，有必要采用动力分析对输电塔进行验算。
2021, 43(3):149-156.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.175
摘要:
单调谐质量阻尼器（STMD）作为一种有效的减振器，常安装在高层结构的顶部。由于结构的空间和承重有限，STMD的安装可能会受到限制，特别是对于如风力发电机这类结构。更重要的是，STMD对多模态振动控制效果有限。为了解决上述问题，采用多重调谐质量阻尼器（MTMD），在预先给定初始配置的基础上，研究风力机MTMD系统参数的约束优化问题。采用模态叠加法，综合考虑塔架位移、加速度和底部反力的影响，利用塔架响应相对于地面运动的传递函数，组合后得到阻尼器优化目标，并采用遗传算法搜索MTMD系统的最优设计参数。以某风力机模型为例，通过与经典Den Hartog公式的比较，验证了该方法设计的MTMD系统的工作效率。结果表明：所设计的MTMD系统可适用于多种工作模式，实际应用中具有更好的适用性。
单调谐质量阻尼器（STMD）作为一种有效的减振器，常安装在高层结构的顶部。由于结构的空间和承重有限，STMD的安装可能会受到限制，特别是对于如风力发电机这类结构。更重要的是，STMD对多模态振动控制效果有限。为了解决上述问题，采用多重调谐质量阻尼器（MTMD），在预先给定初始配置的基础上，研究风力机MTMD系统参数的约束优化问题。采用模态叠加法，综合考虑塔架位移、加速度和底部反力的影响，利用塔架响应相对于地面运动的传递函数，组合后得到阻尼器优化目标，并采用遗传算法搜索MTMD系统的最优设计参数。以某风力机模型为例，通过与经典Den Hartog公式的比较，验证了该方法设计的MTMD系统的工作效率。结果表明：所设计的MTMD系统可适用于多种工作模式，实际应用中具有更好的适用性。
2021, 43(3):157-166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.057
摘要:
为研究使用镦头锚固钢筋的地下综合管廊墙板节点的抗震性能，对6个足尺墙板节点进行了低周往复荷载试验，考察了地下综合管廊墙板节点的承载能力、失效模式、滞回耗能能力、位移延性等抗震性能指标，将现浇墙板节点试件与叠合装配式墙板节点试件的试验结果进行对比，分析了镦锚钢筋锚固长度的合理取值，采用有限元程序建立节点的精细有限元模型，验证了其正确性。结果表明：设置镦头钢筋锚固的叠合装配式节点具有与现浇节点大致相当的承载能力，位移延性及耗能能力相对较好，叠合装配式节点能达到与现浇节点相近的抗震性能要求。镦头钢筋锚固长度采用0.5labE时，地下综合管廊墙板节点试件抗震性能满足抗震设计要求，随着镦锚钢筋锚固长度的减小，墙板节点的承载能力和变形能力逐渐下降，延性及耗能能力逐渐降低；叠合装配式节点在低周往复加载下，预制叠合面缝隙开展较大，节点核心区混凝土易发生破坏，在实际工程中需采取必要的加强措施，加强节点区连接构造措施。
为研究使用镦头锚固钢筋的地下综合管廊墙板节点的抗震性能，对6个足尺墙板节点进行了低周往复荷载试验，考察了地下综合管廊墙板节点的承载能力、失效模式、滞回耗能能力、位移延性等抗震性能指标，将现浇墙板节点试件与叠合装配式墙板节点试件的试验结果进行对比，分析了镦锚钢筋锚固长度的合理取值，采用有限元程序建立节点的精细有限元模型，验证了其正确性。结果表明：设置镦头钢筋锚固的叠合装配式节点具有与现浇节点大致相当的承载能力，位移延性及耗能能力相对较好，叠合装配式节点能达到与现浇节点相近的抗震性能要求。镦头钢筋锚固长度采用0.5labE时，地下综合管廊墙板节点试件抗震性能满足抗震设计要求，随着镦锚钢筋锚固长度的减小，墙板节点的承载能力和变形能力逐渐下降，延性及耗能能力逐渐降低；叠合装配式节点在低周往复加载下，预制叠合面缝隙开展较大，节点核心区混凝土易发生破坏，在实际工程中需采取必要的加强措施，加强节点区连接构造措施。
2021, 43(3):167-173.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.181
摘要:
为研究立筒排仓贮料对仓壁动态侧压力的地震响应规律，设计制作了缩尺比例为1：25的柱承式立筒排仓和独立单仓模型，进行了3条地震波下不同地震动水准的振动台试验，分析获得两种模型的贮料地震响应特性、仓壁动态侧压力的变化规律与超压系数。研究结果表明：1）地震时仓内贮料与仓壁存在的相位差与仓体位置及测点位置相关；2）边仓与中仓仓壁动态侧压力的分布规律与地震波输入方向有关；排仓的超压系数总体上小于独立单仓；3）边仓的超压系数大于中仓，两者均大于规范采用值，现行规范中所采用的综合修正系数偏小；4）独立单仓不能全面反映立筒排仓的贮料地震响应特性，考虑排仓中不同位置单仓及地震作用方向进行仓壁结构的强度设计十分必要。
为研究立筒排仓贮料对仓壁动态侧压力的地震响应规律，设计制作了缩尺比例为1：25的柱承式立筒排仓和独立单仓模型，进行了3条地震波下不同地震动水准的振动台试验，分析获得两种模型的贮料地震响应特性、仓壁动态侧压力的变化规律与超压系数。研究结果表明：1）地震时仓内贮料与仓壁存在的相位差与仓体位置及测点位置相关；2）边仓与中仓仓壁动态侧压力的分布规律与地震波输入方向有关；排仓的超压系数总体上小于独立单仓；3）边仓的超压系数大于中仓，两者均大于规范采用值，现行规范中所采用的综合修正系数偏小；4）独立单仓不能全面反映立筒排仓的贮料地震响应特性，考虑排仓中不同位置单仓及地震作用方向进行仓壁结构的强度设计十分必要。
2021, 43(3):174-182.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.182
摘要:
为探明高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料（Engineering Cementitious Composites， ECC）中搭接连接的受力特性，并确定其合理的搭接长度，考虑横向钢绞线间距、搭接长度和钢绞线直径等影响因素，对设计制作的39个试件进行了拉拔试验。结果表明：钢绞线网在ECC中的搭接连接有钢绞线拔出和拉断两种破坏模式；横向钢绞线的设置对搭接时的极限拉拔力影响不大，但其滑移量随着横向钢绞线间距的减小而减小；随着搭接长度的增加，达到峰值荷载的滑移量和“搭接刚度”增加，而极限粘结应力则随之降低。通过试验分析，确定了钢绞线网的临界搭接长度，并建立了考虑修正系数β的搭接长度计算公式。
为探明高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料（Engineering Cementitious Composites， ECC）中搭接连接的受力特性，并确定其合理的搭接长度，考虑横向钢绞线间距、搭接长度和钢绞线直径等影响因素，对设计制作的39个试件进行了拉拔试验。结果表明：钢绞线网在ECC中的搭接连接有钢绞线拔出和拉断两种破坏模式；横向钢绞线的设置对搭接时的极限拉拔力影响不大，但其滑移量随着横向钢绞线间距的减小而减小；随着搭接长度的增加，达到峰值荷载的滑移量和“搭接刚度”增加，而极限粘结应力则随之降低。通过试验分析，确定了钢绞线网的临界搭接长度，并建立了考虑修正系数β的搭接长度计算公式。
