opensees易损性分析（精选8篇）
opensees易损性分析 第1篇
灾害易损性分析报告
灾害易损性可以广义定义为一个特定的系统、次系统或系统的成分由于暴露在灾害、压力或扰动下而可能经历的伤害。易损性分析属于灾害医学的范畴，灾害医学是一门新兴的学科，灾害医学的研究范围涵盖了我们所生活的自然环境、社会环境和经济环境等方方面面的内容。
根据我院的实际情况，我们列出突发公共卫生事件、医疗纠纷（事故）、火灾、医院感染、电梯意外和供氧、供电、供水故障及网络瘫痪等九种可能存在的风险，分别从发生概率、人员伤害、财产损失、服务影响、应急准备、内部反应、外部支持等方面对上述风险进行了分析排序，并对应地制定了各类应急预案，针对重点防范的内容进行培训，使医院的灾害风险下降。
一、突发公共卫生事件
突发公共卫生事件是指已经发生或者可能发生的、对公众健康造成或者可能造成重大损失的传染病疫情和不明原因的群体性疫病, 还有重大食物中毒和职业中毒，以及其他危害公共健康的突发公共事件。突发公共卫生事件不仅给人民的健康和生命造成重大损失，对经济和社会发展也具有重要影响。
主要危害：
1、人群健康和生命严重受损。
2、事件引发公众恐惧、焦虑情绪等对社会、政治、经济产生影响。
3、造成心理伤害。
4、国家或地区形象受损及政治影响。医院易损环节：
医务人员对突发公共卫生事件的认识较全面，但缺乏应经验。
预防与应急措施：
1、要求广大医护人员认真学习《突发公共卫生事件应急预案》；
2、加强突发公共卫生事件应急演练和培训考核。
二、医疗纠纷（事故）
医疗纠纷是指发生在医疗卫生等具有合法资质的医疗企事业法人或机构中，一方（或多方）当事人认为另一方（或多方）当事人在提供医疗服务或履行法定义务和约定义务时存在过失，造成实际损害后果，应当承担违约责任或侵权责任，但双方（或多方）当事人对所争议事实认识不同、相互争执、各执己见的情形。
危害：
1、患方易走入误区，与医务人员发生冲突，造成人员伤亡；
2、影响医院正常工作的进行；
3、给患者及医务人员造成深远的心理负面影响；
4、给医院带来严重的社会负面影响和财务负担。易损环节：
当今医患关系复杂，医疗纠纷频发，一些医务人员医疗服务水平不高，医务人员防范医疗纠纷意识的缺陷，患者对健康的期望值过高，患者的经济状况与健康需求的矛盾问题，社会新闻媒体宣传的因素等。
预防与应急措施：
1、提高服务质量，增强医务人员的医疗技术水平；
2、对医务人员进行医德医风教育，树立良好的职业道德；
3、加强入院宣教和沟通交流；
4、加强医务人员的法律观念，增强医务人员防范医疗纠纷的意识；
5、按照《医疗纠纷、医疗事故预案》理性处臵可能出现的医疗纠纷。
三、火灾
医院因为“四多”（建筑多，人多，弱势群体（病人）多，易燃易爆物品多），一旦发生火灾，势必造成重大财产损失和人员伤亡。
危害：
1、疏散人数多，扑救难度大，火势很容易蔓延扩大；
2、部分电器线路易老化、用电超负荷；
3、医疗设备繁多，财产损失严重。易损环节：
1、外科楼病房使用超过二十余年，线路存在老化。
2、医院易燃药品多。
3、病房设有氧气管道和氧气接口，如氧气泄漏遇到火星，极易发生火灾。
3、住院患者因疾病存在遇火灾后自救或自我保护能力差，有些患者逃生、转运困难。
预防与应急措施：
1、加强排查，对线路定期进行排查；
2、配备必要的消防设备；
3、认真学习有关火灾应急预案和火灾应急常识。
4、定期举行应急演练和安全知识培训；
四、医院感染
医院感染是指在医院内获得的感染。医院感染的对象主要是住院病人和医院工作人员。
危害：
医院感染增加患者发病率和病死率，增加患者的痛苦及医务人员工作量，降低病床周转率方面，还给患者及社会造成重大的经济损失。医院感染暴发将直接影响患者的生命安全，对医院声誉造成不可估量的损失。
易损环节：
1、农村病人居多，病房管理难度较大，人员流动性大，极易造成医院感染。
2、因病人要求，部分病人存在抗生素不合理使用现象。预防与应急措施：
1、增强医务人员无菌操作的意识；
2、加强医院感染的管理、加强感染源的管理，开展医院感染的监测；
3、加强临床抗菌药物、消毒灭菌的监督管理；加强医务人员手的清洁与消毒，加强医院卫生学监测，加强医源性传播因素的监测与管理；
4、严格探视与陪护制度；加强临床使用一次性无菌医疗用品的管理；
5、加强重点部门、重点环节、高危人群与主要感染部位的医院感染管理，；对易感人群实行保护性隔离；
6、及时总结与反馈临床上分离的病原体及其对抗菌药物的敏感性，开展医院感染的宣传教育。
五-
七、供氧、供电、供水故障
患者在住院过程中因外部条件和医院内部管道、线路发生障碍后导致的供电、供氧、供水发生中断的现象。
危害：
供电故障可导致医院的大型设备发生故障，造成医院财产损失。供氧故障可导致重症患者、氧饱和度低患者发生休克，甚至死亡。
易损性环节：
医院病房楼内供水管道、供氧管道、供电线路使用多年，存在老化可能，有潜在的风险；
预防与应急措施：
1、加强排查，对医院的管道、线路定期进行检查；
2、做好氧气瓶、发电机等备用物资储备。
八、电梯意外事件
医院病房楼共4层，未安装电梯，不存在电梯意外事件，但正是如此，不利于住院病人，尤其是危重病人的转运，增加了住院病人及家属的不满，潜在的增加了医疗事故了发生率。因此，与医院相关部门反应并得到解决显得迫在眉睫，另外，需充分与患者及其家属解释说明此客观条件，得到充分理解。
九、网瘫
网瘫是指医院由于停电、交换器故障、服务器故障或线路问题引起的全院计算机数据丢失、录入障碍等事件。
危害：
网络瘫痪或数据丢失，会给医院和病人带来巨大的灾难和难以弥补的损失，会给医院造成患者拥堵，就诊缓慢，延误治疗等损失。
易损环节：
医院施行电子病历、电子医嘱，住院病人的住院信息都在电脑中，如果计算机网络发生突发事件，很有可能导致患者信息外泄，计费发生障碍。
预防与应急措施：
1、加强网络的监管，安装正版的杀毒软件，定期升级；
2、经常更新备份，安装应急电源。
opensees易损性分析 第2篇
灾害易损性可以广义定义为一个特定的系统、次系统或系统的成分由于暴露在灾害、压力或扰动下而可能经历的伤害。我科位于医院门诊楼西侧，人员复杂、流动性大，线路密集、易燃物品多，所以灾害易损性分析必不可少。根据我科的实际情况，我们列出医疗纠纷（事故）、火灾、水灾3种科室可能存在的风险，对相应风险进行了分析排序，并对应地制定了我院的各类应急预案，针对重点防范的内容进行培训，使我院的灾害风险下降。
一、医疗纠纷（事故）
医疗纠纷是指发生在医疗卫生、预防保健、医学美容等具有合法资质的医疗企事业法人或机构中，一方（或多方）当事人认为另一方（或多方）当事人在提供医疗服务或履行法定义务和约定义务时存在过失，造成实际损害后果，应当承担违约责任或侵权责任，但双方（或多方）当事人对所争议事实认识不同、相互争执、各执己见的情形。
典型案例：
2008年7月在湖南某医院，一个3岁的患儿因反复咳嗽、气促7个月入院。7个月前曾在外院拍X线胸片，胸片上显示第１－３胸椎水平见一直径约2.2cm的高密度异物影，诊断医师自以为是的认为是幼儿佩带物，做出了支气管炎的报告，而未对该异物做报告。后来病人症状加重而转院，转入医院拍片发现气管异物而行气管切开异物取除术，取出发现是一直径为2.2cm的金属玩具，后来病人因肺部感染、呼吸衰竭而死亡。
危害：
1、患方易走入误区，与医务人员发生冲突，造成人员伤亡；
2、影响科室正常工作的进行；
3、给患者及医务人员造成深远的心理影像；
4、给医院带来严重的社会负面影像和财务负担。我院脆弱环节：
当今社会医疗纠纷频发，和一些因素有关，如医院自身在医疗服务方面的因素，医务人员防范医疗纠纷意识的缺陷，患者希望值过高的问题，患者的经济状况与健康需求的矛盾问题，社会新闻媒体宣传的因素。我科进行增强检查时，易发生碘过敏，对患者造成伤害，严重时可不治身亡。
预防与控制：
1、加强心理疏导，碘过敏试验前，向病人讲解造影检查的目的、注意事项、操作过程及有可能出现的不良反应，使病人消除紧张、恐惧情绪，积极配合检查；
2、对过敏性体质者、有药物过敏史、甲亢、严重肝肾功能不全、肺气肿、活动性肺结核患者应慎行碘过敏试验；
3、造影前静脉注射地塞米松10mg，以预防过敏反应发生；
4、加强医务人员培训，熟悉过敏反应抢救流程，准备好过敏反应药物及器械；
5、对医务人员进行医德医风教育，树立良好的职业道德；
6、遇事不慌，避免和患者家属发生冲突，及时上报相关科室，寻求解决途径。
二、火灾
科室弱势群体（病人）多，易燃物品多，一旦发生火灾，势必造成重大财产损失和人员伤亡，由于诸多原因，近年来，医院重特大火灾事故时有发生。
典型案例：
2006年12月4日，安徽省巢湖市第一人民医院放射科发生火灾，导致20余间房屋及一批消防设备被烧毁。
2009年9月1日，宁波镇海第二医院放射科发生火灾，因为设备线路出现问题。
危害：
1、科室可燃物资多，火灾隐患严重；
2、科室空间狭窄，人员疏散困难，受灾时容易被困；
3、医院大型设备、电脑较多，线路繁杂，电气线路易老化、用电超负荷；
4、科室医疗设备繁多，财产损失严重。我科的脆弱环节：
1、我科室建筑均为老建筑，线路繁杂，一些线路易被鼠夹，火灾隐患大；
2、放射科患者档案、打印胶片等可燃物资多。
3、住院患者因疾病存在遇火灾后自救或自我保护能力差，有些患者逃生、转运困难；
4、科室空间狭窄，急救通道不规范。预防与控制：
1、对科室线路定期进行排查，吊顶应用不燃材料装修，定期投入老鼠药；
2、配备必要的消防设备，酒精、汽油等易燃物室内存放量不得超过500 mL，并要专人负责专柜保管；
3、电气设备必须符合电气安装规程，电缆变压器的负载、容量应达到规定的安全系数。中型以上的诊断用X线机，应设置专用的电源变压器；
4、认真学习有关火灾应急预案和火灾应急常识，定期举行应急演练和安全知识培训。
三、水灾
我科为原老急救科改建而成，建筑物老化，科室地势低洼，低于街道及医院广场平面，有洪涝灾害发生时，水流易灌入放射科，对医院造成难以估计的损失。
典型案例：
徐州矿务集团大黄山煤矿“1·11”透水重大伤亡事故：2000年1月11日9时53分，徐州矿务集团有限公司大黄山煤矿一号井-320水平西一采区3201工作面材料道掘进迎头发生一起透水事故。事故造成该区域内作业的63名矿工被困。经过全力抢险，41人生还，22人遇难。事故直接经济损失278.33万元。
我科脆弱环节：
1、科室地势低洼，发生水灾时周围水流易灌入放射科；
2、科室内无排水途径，遇洪灾时难以快速有效排水；
3、科室大型贵重医疗设备多，财产损失严重。预防与控制：
1、科室设置抽水泵，利于积水排出；
2、储备沙袋、水鞋、雨衣等急救设备；
3、设置科室水灾应急小组，必要时组织演练。
opensees易损性分析 第3篇
OpenSees全称“Open System for Earthquake Engineering Simulation” (地震工程仿真分析开放系统) , 系设在伯克利加州大学的机构太平洋地震工程研究中心 (Pacific Earthquake Engineering Research Center) 牵头开发的。PEER由美国西海岸的10余所大学和工业界有关单位、政府相关部门联合组成, 代表了美国西部地区地震工程研究的最高水准。OpenSees通过几年的开发、运行, 已经逐渐稳定, 已成为许多机构和学校的计算工具, 正向工业界发展[1]。
美国加州大学伯克利分校牵头开发的大型计算平台“OpenSees”是专用于地震仿真分析的开放源代码的工具。它具有许多商用软件的优点, 同时人们可以利用网上资源由用户共同开发和使用, 能更有效地促进平台的发展, 反映了计算软件的最新发展趋势。目前已成为美国国家科学基金委员会建立的地震工程研究网络 (NEEDS) 的计算研究平台。
该软件在国内应用很少, 目前只有中国建筑科学研究院、北京工业大学、四川大学、中国建筑西南设计研究院等单位应用过, 真正开发OpenSees的更少。本文利用OpenSees计算平台, 分析了软弱场地土在地震作用下的反应, 通过计算模型的建立和计算结果的分析, 研究了OpenSees在土动力学中的应用以及软弱场地土的地震反应特点。
2 本构模型
2.1 应力-应变关系
假设饱和软粘土的弹性性质是线弹性和各向同性的, 则由广义虎克定律可得:
式中K、G分别为土的弹性体积模量和剪切模量。
2.2 破坏面和屈服面
饱和软粘土在短时地震荷载作用下处于不排水状态, 产生不可逆的偏变形, 假定其破坏与偏应力有关, 采用Mises屈服面作为破坏面, 即:
式中K0为破坏面半径。多重屈服面基于prevost模型, 也采用Mises屈服面, 屈服面方程为:
式中Km为屈服面大小;αmij为运动硬化参数。
2.3 流动法则和硬化定律
本文模型采用相关联流动法则, 即塑性势面与屈服面相同, 两者的外法线单位向量可表示为:
塑性应变分量可表示为:
式中dλ代表塑性应变增量的大小
将单位外法线向量分解为静水压力分量nvij和偏应力分量nsij, 形式如下:
因此塑性偏应变分量可表示为:
模型假设屈服面大小Km和位置αmij均为εp的函数, εp为塑性累积偏应变路径长度。εp与Km, αmij的增量关系分别表示如下:
将式 (9) 代入式 (11) 和 (12) 可得:
式中参数a, b由不排水三轴试验确定;μij为屈服面中心平移的方向张量。
由相容性条件dfm=0, 可得:
由式 (4) 可以得到:
将式 (1) , (13) , (14) , (16) , (17) 和 (18) 代入相容条件式 (15) , 可得塑性加载系数为:
式中, 第m个屈服面的塑性硬化模量
由式 (1) (6) 和 (19) 可得增量应力应变关系为:
式中Hm成为弹塑性剪切模量, 其表达式为:
3 动平衡方程的建立
在OpenSees中是以Biot动力固结理论为基础建立的有限元方程为:
姨M鄣.δ.姨姨+姨C鄣δ.姨姨+姨K鄣姨δ姨=姨R姨
式中:
-M-质量矩阵;
-C-阻尼矩阵;
-K-刚度矩阵;
-R-节点荷载列阵。
结点加速度列阵、速度列阵和位移列阵;
此处-C-采用瑞利阻尼, 即:-C-=α-M-β-K-, 其中:α=λω, β=λ/ω。ω取第一振型相应的自振圆频率;λ振型阻尼比。
3.1 动平衡方程的求解
采用逐步积分法对动力方程进行求解, 逐步积分法的基本思想是:将本来在任意时刻都满足动平衡方程的位移矢量代之以只要在时间离散点上满足动平衡方程, 而在一个时间间隔内对位移、速度、加速度的关系采用某种假设。本文采用法求解动力方程。
3.2 场地条件
为了了解软弱场地在地震作用下的反应情况, 选择一软弱场地进行模拟分析, 土层参数如表1所示。
3.3 荷载模型
本文动荷载分别选用选用Loma Prieta地震波, 其加速度峰值为0.848m/s2;水平向南京人工地震波, 其基岩地震动峰值加速度如表2。各波的加速度时程如图2所示。
3.4 有限元网格划分
本文选取宽为80米, 深度为50米的软弱场地作为研究对象。有限元划分采用quad单元, 边界为竖向固定, 水平向自由, 共有2091个结点, 2000个单元。
4 分析结果
4.1 计算结果
按照上述分析, 用Tcl语言编写了解释程序。实现了软弱场地土在地震作用下的弹塑性动力时程分析, 结果如图3, 图4所示。
4.2 计算结果分析
⑴由图3和图4可知, 对南京人工波, 加速度峰值较小时, OpenSees的计算结果与Shake91的计算结果基本一致, 加速度峰值较大时, OpenSees的计算结果与Shake91的计算结果稍大些。
⑵由图3和图4还可知, 加速度和剪应变反应除了受加速度峰值影响外还受地震动特性的影响, 这与陈继华、陈国兴等人的研究成果是一致的[6]。
⑶由图4可知OpenSees和Shake91计算的剪应变均在8米左右处产生突变。
5 结语
⑴OpenSees是一个用于有限元分析的面向对象的软件框架, 主要用于地震工程仿真分析, 通过与Shake91的计算结果比较, 其结果是可靠的。
⑵OpenSees不仅可以模拟一维场地问题, 同时还可以模拟二维和三维场地, 而且还可以加入自己的模型, 因此其功能更加强大。
⑶OpenSees的源代码是免费开放式的, 在美国得到广泛认同, 人们可以共享网络资源, 能够促进在岩土工程中的发展与应用。
参考文献
[1]Silvia Mazzoni, Frank McKenna, Gregory L.Fenves.OpenSees Command Language Manul.
[2]罗辑.基于Opensees的钢管混凝土拱桥地震响应分析.四川建筑, 2006, 26 (3) :122–123.
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[4]常兆中, 周锡元.混凝土砌块砌体结构弹塑性地震反应分析方法[J].建筑科学, 2006, 22 (4) :5–9.
[5]庄海洋, 刘雪珠, 陈国兴.互层土的动参数试验研究及其地震反应分析, 2005, 26 (9) :1495–1498.
[6]陈继华, 陈国兴, 史国龙.深厚软弱场地地震反应特性研究, 2004, 24 (2) :131–138.
[7]栾茂田, 林皋.场地地震反应非线性分析的有效时域算法[J].大连理工学报, 1994, 34 (2) :228–234.
[8]高玉峰, 金建新等.成层地基一维土层地震反应解析解[J].岩土工程学报, 1999, 21 (4) :498–500.
opensees易损性分析 第4篇
(1．广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室(培育)， 广东 广州 510405； 2．广西交通科学研究院， 广西 南宁 530007)
引 言
近30年，世界上发生了多次特别严重的地震灾害，例如1994年美国Northridge地震，1995年日本Kobe地震，1999年台湾集集地震和2008年中国汶川大地震。这些地震所造成的灾难性破坏对结构抗震设计理论产生了巨大的影响[1]，也加速了地震灾害预测的相关研究。地震灾害预测包括地震危险性分析、地震易损性分析、地震灾害损失估计及可接受的灾害风险水平四个方面[2]，地震易损性是指结构在不同强度地震作用下发生某种破坏的可能性。桥梁结构是地震发生区域生命线工程的控制点，其损坏所造成的直接损失巨大，而其损坏所导致的交通网络中断给抗震救灾和灾后重建工作所造成的间接损失往往是无法弥补的。简支梁桥及先简支后连续梁桥是公路网中分布最为广泛的桥型，如何对此类桥梁进行地震易损性分析对于减少地震的直接损失和路网中断所带来的次生灾害具有重要的意义，也是对地震灾害经济损失估计的基础和依据。
地震易损性分析最常用的表达方式有易损性曲线及损伤概率矩阵两种，最早可以追溯到上世纪30年代的美国建立地震保险业所进行的基础研究[3]。经过数十年的发展，在工业及民用建筑结构方面的研究较多，并开始逐渐向细节深入。Ghiocel等对美国东部地区的核电站进行了地震易损性分析并考虑了土-结构相互作用[4]；Ellingwood等在建筑结构易损性和风险分析方面的研究比较深入[5，6]，并发展了基于可靠度的概率设计方面的理论，并且还研究了基于易损性分析的项目后评价体系；中国的吕大刚等提出了结构整体地震易损性的概念[7～9]，采用基于可靠度和性能的结构整体易损性方法对实体结构进行了分析，并针对结构的整体性和局部构件提出了简化的易损性分析方法。在桥梁工程方面的关于易损性的研究才刚起步，Shinozuka通过时程分析法和ATC-40(1996)提出的能力谱方法分析了10座桥梁，并对两种方法得到的易损性曲线进行对比分析[10]；H Hwang以美国602-11标准桥型为例[11]，给出了一种钢筋混凝土简支梁桥地震易损性分析方法。
目前这类中小跨径梁式桥在中国公路网及跨江、跨海长大桥梁的引桥中应用极为普遍，而针对这类结构的地震易损性分析研究非常少。鉴于此类桥梁结构应用的普遍性和重要性，本文对此类桥梁的抗震性能进行了探讨，提出了这类桥梁的地震易损性分析方法，定义了桥梁的5种性能水平，提出了桥墩4种损伤极限状态界定准则,对此类桥梁进行地震易损性分析，探讨了该类桥梁的失效模式和损伤概率，为公路路网抗震能力分析和应急预案的制定提供了理论依据。
1 桥梁结构易损性分析方法
地震易损性可以定义为结构或构件在某一给定强度的地面运动作用下所能达到或超越特定损伤水平的可能性，因此，可以用式(1)表示。其中，Pf为构件超越给定损伤水平的概率，Sd为结构的需求，Sc为结构的抗力。在桥梁结构易损性分析中，主要存在结构尺寸、主梁间隙尺寸、材料性能参数、支座系统性能参数、地震动等5项不确定性[12]，采用拉丁超立方抽样(LHS)的方法相对于常用的蒙特卡洛方法具有更高的效率[13]，能显著减少易损性分析中的计算量。易损性分析流程图如图1所示。
(1)
图1 结构易损性分析流程图
2 桥梁结构抗震性能水平的定义
2.1 几点假定
常用的简支梁桥及先简支后连续梁桥通常由上部构造、支座体系、盖梁、墩柱和基础几部分组成。承受重力和使用荷载的上部结构通常被设计成抗震体系中一个较强的环节，在地震期间基本保持弹性[14]；盖梁和基础往往按照能力保护构件进行设计。因此，在地震期间桥墩及支座系统最容易遭到破坏，可以将整个桥梁的地震损伤问题归结为桥墩及支座系统的损伤。为简化桥梁易损性分析过程，做出两点假定：a.结构建模时暂不考虑桥梁基础与地基的相互作用问题;b.对于中、小跨径桥梁，暂不考虑地震波多点输入。
2.2 桥梁结构抗震性能水平的定义
相对于建筑结构以生命安全作为主要的性能指标，桥梁结构在地震期间的损伤对桥上人员的损失要远远小于桥梁使用功能丧失对整个地震区域所造成的间接损失。2008年新颁布的《公路桥梁抗震设计细则》采用“两水平设防，两阶段设计”，其对设防目标的描述也是以桥梁的使用功能为主体。对于桥梁性态目标的设置不但需要有效的减轻对桥梁本身的地震破坏和经济损失，更为重要的是如何保障桥梁在地震作用下的使用功能。参照国内外最为普遍的结构破坏等级划分模式，将桥梁结构在地震作用下的反应描述为基本完好、轻微损坏、中等损坏、严重损坏和接近倒塌5个类型，其对应的性态目标描述如表1所示。
表1 桥梁性能水平分级及描述
3 桥梁系统定义
3.1 典型梁式桥的常规设计布局
根据交通部《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)，新建桥梁均应采用标准跨径，常用的跨径有13，16，20 m，之后按5 m递增直至50 m。分析模型选用了7跨30 m先简支后连续预应力混凝土T型梁桥作为代表性桥梁结构，有限元分析模型如图2所示。桥梁宽度12 m，单跨桥梁由6片T型梁组成，单梁宽2 m，高2 m，质量85 t。桥梁下部构造为典型的框架式桥墩形式，由支座系统、盖梁和墩柱组成。桥台部分采用GYZF4450×86 mm型圆形四氟滑板式橡胶支座，桥墩部分采用GYZ450×99型圆形板式橡胶支座。圆柱式桥墩，由上至下依次为1.5和1.8 m两种直径， 1和6号墩柱高14 m，2和3号墩柱高22 m，4和5号墩柱高18 m。
参照交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)及公路网中常用的桥墩钢筋配置形式，1.5 m墩柱配置38根25 mmHRB335钢筋，配筋率为1.06%，1.8 m墩柱配置38根28 mmHRB335钢筋，配筋率为0.92%；箍筋采用10 mmHPB235钢筋，螺旋配置，间距为200 mm，在墩柱顶、底塑性铰区域加密为100 mm间距。桥梁荷载仅考虑结构自重及公路-I级汽车荷载，不考虑风荷载、汽车制动力等其他活荷载。
3.2 分析模型的材料特性
桥梁本身的不确定性主要考虑其所用材料的不确定性，对于桥墩墩柱，材料主要有混凝土和钢筋两种。根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)对2008至2010年的统计结果，钢筋和混凝土均符合正态分布规律，其中C30混凝土强度的变异系数为17.2%，HPB235及HRB335钢筋的强度变异系数分别为8.95%和7.43%。采用拉丁超立方抽样方法将材料强度变量分为等概率的16个区间，每个区间的重心值作为这个区间强度变量代表值，将三种材料的强度代表值随机排列形成如表2的材料强度样本组合表。
3.3 易损性分析的地震动输入
结构时程分析中地震动输入对其结果的影响比较大，而地震波存在较强烈的不确定性。本文以美国太平洋地震研究中心(PEER)所提供的地震波数据库为基础，选择多条震级为6～8级实际地震动记录。由于谱加速度Sa的离散性小于PGA的离散性[11]，将所有地震波转换为反应谱，以谱峰值平台作为调整区间，在特征周期0.4 s处将所有地震波的谱加速度调整为1.0g，计算所有地震波在桥梁自振周期处的谱加速度平均值Sat，以不大于Sat正负30%作为筛选条件，剔除谱值过大或过小的地震波，筛选出10条天然地震动(见表3)，其断层距离在9.06～36.30 km之间，原始峰值加速度为0.084至0.417 m/s2。为便于比较计算，将地震波的的谱加速度按比例调整为0.15g至1.50g，按0.15g递增，再与16组结构样本组合共形成1 600个结构地震动计算样本。
3.4 桥梁支座系统的定义
梁式桥的主要质量分布在上部构造中，其与下部构造的连接通过支座系统实现。盖梁顶常用普通板式橡胶支座作为竖向承力构件，采用抗震销作为水平限位构件。以GYZ450x99型圆形板式橡胶支座为例，其竖向承载能力为1 936 kN，水平向容许位移为33 mm， 极限位移为71 mm。抗震销采用R235粗钢筋制成，上下插入盖梁和主梁梁体。抗震销与梁体间有间隙，在梁体与盖梁相对变形较小时，不限制支座变形，在变形较大时起限位器的作用。由于抗震销的变形小，可以模拟为刚性的弹簧，其顺桥向刚度计算如下式所示
图2 典型桥梁结构有限元分析模型
表2 结构材料强度样本组合表 (MPa)
表3 地震动输入记录
(2)
式中h为抗震销在盖梁顶至T梁底插入点的长度。E为弹性模量，I为惯性矩。
其容许抗剪力计算如下式所示
[Q]=[τ]A
(3)
式中 [τ]为粗钢筋的容许剪应力，A为粗钢筋的截面面积。
普通板式橡胶支座在满足竖向承载能力要求的情况下其水平容许位移较小，难以满足稍大等级地震的需求，而支座损坏后易于更换，可将其视为易损构件，由此建立两个不同边界条件的模型。模型1为小变形状态下，支座与抗震销共同作用，当主梁与抗震销的碰撞力超过其容许剪力时，抗震销与支座共同失效。采用模型2模拟支座系统失效后的状态，上部结构水平力通过主梁与盖梁的摩擦来传递。两个模型的更替以主梁与抗震销的碰撞力作为判断指标，在分析计算中对结构进行判断。图3～5分别为支座及抗震销的单元模型图。
图3 板式支座线性模型
图4 滑动支座恢复力模型
图5 抗震销间隙单元模型
4 桥墩损伤水平的量化
对桥墩损伤水平进行量化是进行桥梁易损性分析重要的基础工作。在地震破坏量化模型的研究方面，Park-Ang模型能够同时考虑构件的最大变形和累积滞变耗能又经过实际地震记录的校正[15]，因而实际应用最为广泛。而在桥墩弯曲型破坏判别准则方面以Hwang提出的相对位移延性比准则引用最多[11]。Hwang准则以桥墩保护层混凝土剥落作为桥墩严重损伤界定值，推荐采用混凝土压应变ε=0.004时的桥墩位移延性比。日本钢结构协会(JSSC)在对桥墩的研究中提出了构件完整度校核方法[16]，按照构件混凝土压应变的发展使用了3个校核指标，分别是0.002,0.004,0.011，作为轻微损坏、中等损坏和严重损坏的界限值。
图6 弹塑性纤维墩柱模型
普通钢筋混凝土墩柱均采用纵向主钢筋配置螺旋箍筋的构造，可以将墩柱混凝土分为保护层混凝土和约束混凝土两部分，约束混凝土的极限应变一般表达为非约束混凝土的应变与约束材料所提供的应变增加值[17]。针对普通梁式桥桥墩的特点，按照表2中16种墩柱材料样本，对1.5和1.8 m直径墩柱共建立32个纤维分析模型，如图6所示。分析时，以墩柱圆心做同心圆进行纤维划分，钢筋采用Park模型、混凝土采用mander模型进行模拟。整个模型服从平截面假定，不考虑钢筋与混凝土滑移。
表4 不同损伤状态下墩柱曲率
表4为16组不同材料组合样本在墩柱不同损伤状态下的曲率平均值及变异系数，变形比率为每种状态曲率与极限曲率的比值。按照Hwang提出的以表层混凝土损坏(ε=0.004)作为墩柱严重损坏的界定值，墩柱严重损坏时其变形量不超过极限值的20%，墩柱的延性耗能能力受到较大限制，对墩柱的损伤估计显得过于保守。
结合上述文献的研究及本文对墩柱的纤维模型分析结果，以主筋首次屈服作为轻微损坏的界定值，以墩柱表层混凝土损坏作为中等损坏的界定值，以约束混凝土的损坏作为严重损坏的界定值，采用混凝土压应变0.005和0.011所对应的墩柱屈服曲率作为桥梁中等破坏和严重破坏的判定值，其破坏极限状态关系如图7所示，图中Ⅰ～Ⅴ的损伤状态与表1中桥梁性能水平分级相对应。图8为1.8 m直径墩柱按样本15材料组合的约束混凝土应力-应变曲线，在混凝土压应变为0.005和0.011时，其应力均处于上升段，尚未超过最大压应力。按照这个量化指标，在桥梁轻微损坏时，桥墩的变形比率小于10%，中等损坏时变形比率小于25%，严重损坏时变形比率小于50%，既充分发挥了墩柱的延性耗能性能，其安全度亦在可控范围内。
图7 桥墩弯曲破坏极限状态关系图
图8 约束混凝土应-力应变曲线
5 桥梁易损性分析
5.1 易损性曲线
从公式(1)对易损性的定义可以看出，易损性曲线就是描述结构需求超越结构抗力的概率曲线。如图3所示，桥梁结构共有5种性能水平，4个性能判定指标，分别用ScⅠ，ScⅡ，ScⅢ，ScⅣ表示。根据已有的研究成果，假设桥梁构件的地震需求Sd和构件的抗力Sc均服从对数正态分布[7,11]，得出桥墩的易损性方程如下
(i=Ⅰ-Ⅳ)
(4)
图9 桥梁结构地震易损性曲线
图9以1号和2号桥墩为例给出了易损性曲线图。从图中可以看出，不同的桥墩其易损性差异很大，1号桥墩进入中等损坏状态时，2号桥墩仅为轻微损坏，1号桥墩进入严重损坏状态时，2号桥墩仅为中等损坏。在给定Sa为1.5g时，1号桥墩发生倒塌的概率接近75%，而2号桥墩则仅有近25%的倒塌概率。结构易损性曲线可以很明确显示桥梁构件的薄弱环节和结构的性能水平，从而给地震灾害预测和结构加固预案提供指导。
图10 桥梁结构失效模式与易损性关系图
5.2 桥梁失效模式
多跨长联是公路网中大量使用的梁式桥的结构特点，桥墩刚度的差异使得桥梁在同一地震波作用下各跨的反应并不一致。汶川地震中几座典型桥梁的破坏实例说明桥梁在单跨或其中几跨的倒塌则宣布整座桥梁使用功能的终止。因此有必要对梁桥的失效模式进行研究，避免桥梁因局部破坏而导致的整体功能受损。结构易损性曲线可以直观地说明结构在不同强度地震作用下损伤的超越概率，通过不同构件易损性曲线的对比，能够方便的得到桥墩的损伤顺序和失效路径。
图10(a)和(b)分别表示了1号桥墩与4号桥墩及2号桥墩与4号桥墩易损性曲线的对比。以反应谱加速度0.6g为例，1号桥墩出现轻微损坏的超越概率是98.1%，出现中等损坏的超越概率是61.6%；4号桥墩出现轻微损坏的超越概率是94.7%，出现中等损坏的超越概率是44.2%；2号桥墩出现轻微损坏的超越概率是67.6%，出现中等损坏的超越概率是22.1%。数据对比说明，桥梁的损坏顺序为1号墩、4号墩、2号墩，其薄弱环节在1号、4号桥墩。需对这两桥墩进行加固处理，使其最终达到2号桥墩的抗震能力，则桥梁整体抗倒塌能力可以提高53%。
6 结 论
为评估公路桥梁的抗震能力，本文以中国广泛使用标准跨径梁式桥作为研究对象，系统地探讨了这类桥梁的性能指标、各种损伤状态的界定值，介绍了桥梁地震易损性分析方法，并对桥梁的失效模式进行了初步研究，得到了以下结论：
(1)桥梁作为一种重要的公共建筑，对其性能的描述应以维持其使用功能及修复的可能性作为主要目标，将其性能状态划分为5个分区，并给专业描述，是桥梁的抗震能力评估的基础。
(2)对于依靠桥墩延性耗能作为主要抗震设计理念的梁桥来说，对其破坏状态的界定可以采用主筋首次屈服、表层混凝土剥落和约束混凝土的破坏作为界定准则，以此来作为结构损坏和易损性的评判标准。
(3)典型梁桥的地震易损性分析结果可以给出桥梁在地震作用的发生各种类别损伤的概率，根据部分桥梁的分析结果可以推广至同一区域其他同类桥梁结构，从而形成区域桥梁易损性分析矩阵，有利于区域公路路网抗震能力分析和应急预案的制定。
(4)普通梁式桥标准化施工和标准化设计的特点使其在支座系统、墩柱直径、配筋率、配箍率等一系列结构构造一致，而地形和地质情况的差异导致桥梁各个墩柱抗震能力的差异。地震易损性曲线可以直观地反映不同墩柱在地震作用下的破坏程度，从而方便地得到桥墩破坏顺序和失效模式，发现桥梁的薄弱环节，为桥梁抗震加固提供依据。
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opensees易损性分析 第5篇
灾害易损性分析报告及相应应急预案
一、火灾易损性分析报告及应急预案
（1）、火灾易损性分析报告
医院财务科是医院经济核算和管理的重要部门，保存自建院以来数十年的经济活动核算的纸质及电子版的非常重要会计档案，以及部分备用周转资金，易燃物品较多，一旦发生火灾，势必造成医院不可计算和不可恢复的损失。主要危害：
①、内部可燃物质多，火灾隐患严重。
②、扑救难度较大，火势很容易蔓延扩大，会计档案难以抢救。③、电气线路老化易起火，管理难度大。④、会计档案数量较多，损失不可估算。脆弱环节：
①、易燃物较多，电气线路老化，易引起电路火灾风险。②、重要会计档案数量较多，抢救非常困难，损失不可估算。预防与控制：
①、必须加强火源管理，下班前必须认真检查并切断相关设备电源开关，如照明灯开关、计算机开关、复印机开关、打印机开关、点钞验钞机开关、取暖器开关、电风扇开关等，杜绝电路火灾风险； ②、指定应急预案，降低损失风险。
（2）、火灾应急处置预案
①、财务科如发生火警时，第一发现人员要立即向医院保卫科（电话：2224200）和消防控制室（电话：2235001）报告，同时向财务科科长（手机：***）和医院总值班（手机：***）报告，在报告的同时根据火势大小情况立即采取灭火自救。
②、财务科科长接到报告后立即赶往现场，组织人员进行灭火自救并抢救重要会计档案资料，同时向医院领导报告情况。
③、如果火势较大，不能自救时，应迅速拨打119报警电话请求救援，并做好引导消防车及消防人员进入现场工作。
④、有关火灾事故的处置程序和措施严格按照《昭通市第二人民医院灭火与疏散应急预案》执行。
二、盗窃事件易损性分析报告及应急预案
（1）、盗窃事件易损性分析报告
医院财务科是有眼经济核算和管理的重要部门，保存自建院以来数十年的经济活动核算的纸质及电子版的非常重要的会计档案，以及部分备用周转资金和支票印鉴票据等重要物资，一旦发生被盗事件，势必造成医院重大损失。主要危害：
保管资料集物资非常重要，损失十分重大。脆弱环节：
必须强化风险意识。
预防与控制：
①、加强防范被盗风险意识管理，加强安全责任心，保管好各种会计档案、资金、支票、印鉴、票据等。保管好各自保存的钥匙，保管好保险柜钥匙及密码，离开办公室时关闭好门窗，杜绝被盗事件发生风险。
②、制定应急预案，降低损失风险。（2）、盗窃事件处置预案
①、财务科如发生被盗时，第一发现人员要立即向医院保卫科（电话：2224200）报告，同时向财务科科长（手机：***）和医院总值班（手机：***）报告，在报告的同时要保护好现场。②、财务科科长接到报告后立即赶往现场配合保卫人员保护好现场，不能让任何不相关人员接触现场或移动现场物品，并通知财务科相关人员到场，同时向医院领导报告并立即报告公安机关，听从警方处理。
③、警方调查取证时应将事主和目击者情况如实向公安机关作出详细报告。
④、有关被盗事件应急处置程序严格按照《昭通市第二人民医院安全保卫应急预案》执行。
三、计算机信息安全突发事件易损性分析报告及应急预案
（1）、计算机信息安全突发事件易损性分析报告
医院财务科是医院经济核算和管理的重要部门，医院的经济核算、门诊挂号收费、住院收费等经济工作均依靠计算机运行，如发生因停电、交换器故障、服务器故障、病毒感染、线路问题等引起的计算机数据丢失、录入障碍等事件。势必造成医院难以弥补的损失。主要危害：
网络瘫痪或数据丢失，将给医院和病人带来很大的灾难和难以弥补的损失。脆弱环节：
经济核算资料存于电脑中；门诊挂号收入依靠电脑运行；住院病人的住院信息存于电脑中，如果发生信息安全突发事件，势必将导致数据丢失、信息外泄、计费发生障碍等严重后果。预防与控制：
①、加强计算机信息安全监管，安装杀毒软件，定期升级。
②、经常更新备份，安装应急电源。③、制定应急预案，做好数据备份。
④、上班期间不能利用计算机做与工作无关的事情。⑤、发现网络异常情况应及时上报网络中心请其及时处理。（2）、计算机信息安全突发事件应急处置预案
①、财务科如发生计算机信息网络突发事件时，要立即向医院信息中心（电话：2227001）报告处理或向医院总值班（手机：***）报告请其协调处理。
②、财务科如发生经济核算计算机信息安全突发事件，要立即向财务科科长（手机：***）报告，联系经济核算软件供应商协助使用备份数据恢复数据库等。
③、有关计算机信息安全突发事件处置程序和措施严格按照《昭通市第二人民医院信息系统故障处理应急预案》执行。
opensees易损性分析 第6篇
黄土易损性与地震黄土滑坡关系探讨
1995年甘肃省永登发生的5.8级地震,触发了150多处滑坡,为了分析地震区黄土滑坡灾害的成因,通过对地震滑坡区域内黄土的.基本物理力学性质和动力特性的试验,研究了黄土的相关性质与易损性关系,并对地震引起黄土滑坡的原因进行了探讨.研究结果表明,黄土易损性与地震黄土滑坡有密切关系.易损性大的黄土,地震引发滑坡灾害严重.
作 者：王峻 WANG Jun 作者单位：中国地震局,兰州地震研究所,甘肃,兰州,730000;中国地震局地震预测研究所,兰州科技创新基地,甘肃,兰州,730000刊 名：甘肃科学学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF GANSU SCIENCES年，卷(期)：20(2)分类号：P694关键词：黄土滑坡 易损性 物理力学性质 土动力特性 地震
opensees易损性分析 第7篇
某型无人机的易损性评估和减缩设计
无人机在现代战争中扮演着越来越重要的角色,其易损性问题也成为无人机设计中必须考虑的.关键问题之一.利用Patran建立了某型无人机的易损性模型;并用飞机易损性仿真评估系统对该模型的易损性进行了计算;进而提出了易损性减缩设计方案;通过再次计算可知该设计方案可明显降低其易损性.
作 者：高玉伟 韩庆 裴扬 GAO Yu-wei HAN Qing PEI Yang 作者单位：西北工业大学,航空学院,陕西,西安,710072刊 名：航空计算技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL COMPUTING TECHNIQUE年，卷(期)：37(3)分类号：V279关键词：无人机 易损性评估 减缩设计
opensees易损性分析 第8篇
框架节点是指框架梁与框架柱相交的节点核心区与临近核心区的梁端和柱端,是连接梁柱的枢纽区,也是结构设计施工中最关键的部位。混凝土梁柱连接的一般性术语依赖于其平面内几何位置,即内部节点,由两个纵向梁和一个连续延伸柱连接的节点(中节点);外部节点,由一个纵向梁和一个连续延伸柱组成的节点(边节点和顶层中节点);肘型节点,由一个纵向梁和非连续柱连接组成的节点(顶层角节点)[1]。
20世纪以来,大量的混凝土框架在强震中倒塌。通过分析,框架节点的抗剪和延性不足是导致以抗弯为主的混凝土框架倒塌的主要原因。在地震频发国家,诸如日本、墨西哥等,早已开展对遭受地震破坏框架节点的修复和加固研究工作。在众多的加固方法中,普遍运用的有钢筋混凝土加厚法和钢板加固法[2]。但这些加固方法运用到节点的实际加固在操作上有诸多困难,需要投入大量人力,良好的施工工艺,锈蚀保护等。为了解决上述难题,近年来结合上述加固方法集中于纤维增强复合材料修复和加固混凝土来加强抗剪。在过去的几十年陆续发表的论文中,对混凝土框架节点进行了很多地震荷载作用下的性能研究,并得出了一些重要成果;然而,纤维增强复合材料修复和加固节点的论文却很有限。
从现有文献看,针对在低周往复循环荷载作用下CFRP加固节点的抗震研究还非常有限[3,4,5,6]。通过对已有研究结果的归纳,可以发现,多数理论及试验研究侧重于对节点组合体宏观受力表现的考察;而在节点受力机理及抗震性能影响因素方面的研究较少。本文利用有限元软件OpenSees对文献中框架节点未加固前和加固后分别进行非线性有限元分析,并与试验结果进行了对比。
1 OpenSees软件简介
OpenSees[7,8]的全称是Open System for Earthquake Engineering Simulation(地震工程模拟的开放体系),由美国国家自然科学基金(NSF)资助、西部大学联盟“太平洋地震工程研究中心”(Pacific Earthquake Engineering Research Center,简称PEERC)主导、加州大学伯克利分校为主研发而成的,用于结构和岩土工程方面地震反应模拟的一个较为全面且不断发展的开放系统。其功能包括线性分析,静力和动力非线性分析,特征值计算等功能。程序的有限元单元类型丰富,本文结构非线性分析中主要使用非线性梁柱单元(nonlinear beam column),此单元是基于纤维模型的非线性单元,可应用于杆系结构的静力与动力非线性分析并且考虑P— Δ效应[9]。
2 节点受力关键影响因素分析
本文混凝土采用Kent-Scott-Park本构模型,该模型根据大量试验结果进行回归分析得到,形式简单直观,工程中使用方便,可以考虑横向约束作用对混凝土强度与延性提高的影响。钢材采用Giuffré-Menegotto-Pinto本构模型,该模型能够很好地模拟钢材的刚度退化及屈曲行为[8]。
钢筋混凝土梁柱节点受到柱传来的轴力、弯矩、剪力与梁传来的弯矩与剪力共同作用,受力情况比较复杂,见图1。节点核心区的震害主要表现为抗剪强度不足引起的剪切破坏。在强烈地震作用下,节点两侧梁、柱端部的反号弯矩及剪力会在节点核心区产生很大的剪力,若钢筋混凝土框架梁柱节点内不配置箍筋或配箍不足,会导致核心区产生X形斜裂缝而破坏。梁与柱端裂缝有时也会发展到节点内,出现弧状裂缝,顶层的角柱节点常出现斜裂缝。
混凝土开裂和节点连接处梁中箍筋和纵筋屈服直接引起刚度的退化,节点的抗剪破坏是节点局部和整体失效的起因。大量的实验研究表明,节点抗剪性能的影响因素主要有材料的性能,节点平面几何形式,配筋率,轴压比和钢筋的粘结锚固情况等,此外,混凝土的强度等级也是影响节点抗剪性能的因素之一[1,10]。研究表明,三个主要因素决定了梁柱节点的抗震性能,即:1)核心区混凝土非线性剪切性能;2)节点区纵筋的粘结—锚固性能;3)节点周边抗剪传递能力。本文研究前两种因素及梁柱混凝土强度等级对节点抗震性能的影响。
2.1 节点核心区混凝土非线性抗剪性能
20世纪80年代Vecchio和Collins提出了钢筋混凝土抗剪性能的修正压力场理论(MCFT),其基本假定为:主应力方向与主应变方向始终保持一致。OpenSees有限元软件基于修正压力场理论(MCFT),采用三线性刚度退化恢复力模型。
在OpenSees中,以 Pinching4 代表该本构模型模拟在周期荷载作用下捏缩的变形关系和引起的强度和刚度退化。
节点单元由八个钢筋滑移弹簧、四个剪切弹簧和一个受剪域组件组成。框架在地震力作用下,节点核心区混凝土以受剪为主,节点核心区混凝土的非线性特性由受剪域来模拟。
Vecchio和Collins提出MCFT来描述受均匀剪力或轴力加剪力下的钢筋混凝土板的整体反应[6]。通过MCFT来定义剪切板单元特性是合适的,主要基于以下原因:首先,节点核心区混凝土的受力特性是通过一维模型来描述的,其特性主要由在主压应力方向上混凝土开裂后继续受压以及在主拉应力方向上沿着混凝土开裂面钢筋受拉来决定。MCFT融合了上述这些受力机理。其次,基于MCFT理论设计的试件,同其他试件相比,其破坏和失效模式很相似。最后,剪切板特性作为混凝土、钢筋材料和配筋率的函数,运用MCFT理论有助于一维材料模型的规范化。
MCFT定义了耦合正应力和剪应力的平面应力本构模型。作用在节点上的所有力,包括柱上的轴向力,都转换为节点核心区上的剪切力。这样,运用MCFT时,正应力设为0且正应变假定为负值。这一假设适合于以下情况:节点核心区的非弹性变形以剪切变形为主;节点变形和钢筋滑移量远大于节点核心区的轴向变形[6]。
2.2 节点纵筋粘结、锚固滑移性能
“粘结”是指钢筋与混凝土接触面的相互作用,包括:胶结力、摩擦力、机械咬合作用及其他各种应力传递作用的综合效果。通过粘结,传递混凝土和钢筋两者间应力、协调变形。节点区钢筋的工作机理:承受压应力时,粘结力发挥作用不大;当承受拉应力时,拉力由钢筋应力和粘结抗力共同提供。承受拉力时,当钢筋应力小于其屈服强度时,可认为粘结力均匀分布在钢筋的锚固长度上;而当钢筋应力超过屈服强度时,一般认为粘结力为分段均匀分布。
在低周往复荷载作用下,锚固在节点中的纵筋产生很高的粘结力。在现有的研究成果里,钢筋应力滑移关系骨架曲线是对节点锚固区做了几个简化假设的基础上得到的。1)钢筋应力沿着锚固长度上是均匀分布的且保持弹性,或者在钢筋屈服前分段均匀分布。2)滑移是钢筋相对于节点的相对滑动,是钢筋应变的函数。3)在钢筋应力零点处钢筋无滑移。为了模拟锚固区的塑性响应,采用定义了力和变形关系的钢筋滑移弹簧的一维本构模型。
本文选取在OpenSees中,专门考虑梁柱节点钢筋滑移的材料BARSLIP来考虑钢筋的锚固滑移性能,该模型突出了在往复荷载作用下的退化特性。
2.3 混凝土强度等级
混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力,对于承受一定荷载的框架节点,混凝土强度越高,则梁、柱的截面尺寸越小,框架节点核心区混凝土的承剪截面也相应减小。梁柱混凝土强度的不同,也会对节点的抗震性能产生影响,而且混凝土强度同时影响着核心区混凝土非线性剪切性能及纵筋锚固滑移性能,因此研究梁柱混凝土强度的取值对节点抗震性能的影响也是很有必要的。文中通过CFRP布提高混凝土的抗压强度来考虑其强度等级因素影响。
3 试验研究
本文研究了文献[2]中未加固的钢筋混凝土框架KJ-1和CFRP布加固钢筋混凝土框架KJ-3两种试验情况,并与有限元计算结果进行了对比。
试验模型为单层单跨的框架,柱间轴距为3 m,从底梁顶面到框架梁轴线间的距离为1.5 m,梁截面尺寸为150 mm×250 mm,柱截面尺寸250 mm×250 mm。模型KJ-3加固部位在柱根500 mm长度内以及梁柱节点区500 mm长度范围内。为防止加载点混凝土压碎,模型制作时将梁端伸出节点以外300 mm,且将横截面加大至与柱截面尺寸相同,混凝土柱端伸出节点区外250 mm,保证受力钢筋有足够的锚固长度。底梁截面尺寸足够大,以保证刚度满足要求。
用液压千斤顶和分配小梁施加轴力和传递次梁荷载,试验开始时施加轴力至100 kN,然后水平作动器施加侧向荷载,并以0.5 mm位移增量循环3次进行预加载,使各试件各部接触良好,进入正常工作状态。正式加载试验时,KJ-1和 KJ-3上的侧向力分别按如图2所示的位移控制曲线加载和卸载,每级荷载循环3次,至试件破坏停止试验。
4 试验结果与有限元分析
框架KJ-1加载至侧移±28 mm时发生破坏停止加载,KJ-3加载至侧移±60 mm为止,达到极限承载力,框架发生破坏停止加载。在OpenSees中,利用Newton迭代法,收敛准则采用能量准则,竖向重力荷载取100 kN,分10步加载;水平方向按位移模式加载,每级荷载下循环3次。
有限元分析和试验得到的骨架曲线见图3。由图3可见,采用CFRP布加固节点后,框架承载力和延性均有显著提高;有限元计算结果与试验结果吻合较好,但节点加固后框架初始刚度变化不大,说明CFRP布加固节点对试件刚度提高很小。
OpenSees有限元分析结果表明,本文中节点核心区混凝土非线性抗剪性能对节点的抗震性能影响较小,这是由于程序通过材料本构关系来考虑混凝土非线性造成的,但这不能说核心区混凝土抗剪性能不重要。核心区的抗剪性能的提高应该和粘结锚固提高及混凝土等级提高结合起来,才能充分发挥混凝土框架节点的抗震性能,但只注重剪切性能的提高是没有意义的。锚固长度实际上是影响混凝土粘结强度的因素之一,因而其也会影响框架节点的抗震性能。在有限元分析中,主要是采用BARSLIP材料的本构关系来考虑钢筋锚固长度的影响。
5 结语
本文通过非线性有限元软件OpenSees对KJ-1和KJ-3框架模型进行了低周往复加载分析,并与试验结果进行了对比,可以得到以下结论:
1)采用OpenSees的纤维单元模型可以较好的模拟和反映节点的宏观非线性力学性质。OpenSees中Pinching4和BARSLIP材料的本构关系可以较好地模拟梁柱节点区钢筋的锚固和滑移破坏后强度和刚度下降的特性。2)节点区钢筋和混凝土的粘结强度对混凝土框架节点的抗震性能影响较大,设计中应加强粘结强度以提高钢筋和混凝土的共同作用,保证节点的抗震性能。3)CFRP加固混凝土框架后,混凝土的强度和延性显著提高,试件耗能能力增强,节点的抗剪性能有较大提高,能使破坏先出现在梁柱连接节点的外侧边缘。
OpenSees的纤维单元是基于平截面假定的,计算中认为CFRP布与混凝土表面是紧密贴合的,对于实际粘贴不密实以及受力后期产生滑移、断裂的情况,还不能真实模拟,有待进一步深入研究。
摘要：采用有限元软件OpenSees对中间层边柱采用CFRP加固的梁柱节点进行了数值模拟分析,并与实验结果进行了对比,主要模拟和研究了CFRP加固节点核心区混凝土非线性抗剪性能、核心区梁柱纵筋锚固滑移性能、梁柱混凝土强度等级等因素对节点抗震性能的影响。
关键词：梁柱节点,有限元,CFRP,抗震性能
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