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《西安建筑科技大学》 2004年
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钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究

张伟  
【摘要】: 随着城市建设的发展,出现了很多新型的建筑结构形式,钢筋混凝土异形柱框架结构就是其中之一。这种结构以室内不出现楞角、便于家具布置、扩大房间的有效使用面积等优点,在我国许多城市得到推广和应用。本文在前人研究成果的基础之上,就钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能,按照从构件到结构的顺序展开研究,主要内容如下: 第一,针对异形柱的特点,对影响结构抗震性能的主要参数,如层间位移角、轴压比等进行研究。根据对前人试验数据的统计分析,给出了适用于异形柱框架结构的弹性和弹塑性层间位移角限值分别为1/550和1/75;指出了异形柱框架结构的层间变形能力介于普通矩形柱框架结构和剪力墙结构之间;以T形柱为例,推导了异形柱轴压比限值的计算公式,通过与等面积矩形柱的对比分析,认为异形柱的轴压比限值与其截面尺寸的比例关系有关;当腹板受压或翼缘受压时,T形柱轴压比限值存在较大差异;不同的荷载角作用,轴压比限值变化较大;矩形柱的轴压比限值要大于异形柱的轴压比限值。 第二,将衡量结构在大震作用下抗震性能的重要指标——延性引入到异形柱抗震性能的研究中,分别推导了异形柱截面的屈服曲率和极限曲率计算公式,给出了腹板受压和翼缘受压时的延性计算公式;采用线性回归的方法,利用Excel软件对计算公式进行了简化,并与矩形柱延性公式进行对比,分析比较了二者的异同点,从理论上说明了异形柱变形能力不如矩形柱的原因。 第三,按照抗震规范(GB50011-2001)的相关规定,用振型分解反应谱法和弹性动力时程分析法,对钢筋混凝土异形柱框架结构进行了多遇地震下的计算分析。用各项控制指标,如周期、剪压比、轴压比、层间位移角等进行对比分析,给出在8度区该结构的最大可建造层数和最大适用高度。 第四,采用杆系模型编制的平面结构弹塑性地震响应分析程序NDAS2D,对钢筋混凝土异形柱框架结构进行了弹塑性动力时程分析。推导了异形柱屈服面计算公式;选取了24条地震波,以场地类别作为划分依据,编制了相应的程序,计算并绘制了梁柱塑性铰出铰位置和顺序图,认为钢筋混凝土异形柱框架结构表现出典型的“强柱弱梁”特性。对同一个结构采用不同的地震波进行计算分析,发现不同的地震波引起的结构时程反应相差较大,有些甚至相差数倍。因此,地震波的选取要针对具体的场地条件,选取接近该场地条件特性的地震波,且应有一定的数量,不能以少量地震波的计算结果作为最终评定结构抗震性能的依据。计算结果表明,对于8层钢筋混凝土异形柱框架结构(柱肢高厚比在3~4范围内),除了Ⅳ类场地的若干条地震波不满足要求外,其它情况层间位移角均满足要求。
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