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直接基于位移的PPC框架结构抗震设计相关参数研究

王广兵  
【摘要】:目前DDBD方法已经成为大家研究的热点和重点之一,其主要具有能够更好地满足业主对建筑结构不同性能水准的需要、直接以框架结构的位移变形作为设计控制参数并且能够较好的控制框架结构的变形、基本上能够实现结构的抗震性能目标等优点。但是目前尚有许多不成熟的地方,本文在已有的理论和试验研究的基础上,通过运用有限元软件OpenSees对按照目前我国规范设计的16榀预应力混凝土框架(Partially Prestressed Concrete Frame Structures简称PPC框架)进行抗震性能分析,对DDBD方法涉及到的PPC框架抗震性能部分相关参数进行分析,主要分析了可用于量化直接基于位移的性能水准的框架层间位移角的变异系数,并给出具有可靠度指标的层间位移角作为量化部分性能水准的设计参考值,此外还分析了预应力混凝土框架的位移延性系数、刚度系数、基底剪力比值、顶点位移比值、等效阻尼比、等效刚度的大致范围或规律,并给出了相关参数的调整参考建议或存在的不足,从而为采用或简化DDBD方法设计预应力框架时提供参考。论文的主要结论如下: ①变异系数。在采用具有概率思想的层间位移角对DDBD方法的性能水准进行量化时,采用的功能函数为Z=R-S,通过搜集国内多个采用有限元软件OpenSees模拟试验或实际地震的算例并对其分析,给出了该有限元软件模拟框架时的层间位移角在弹性和弹塑性阶段的变异系数(包括作为抗力R和效应S),同时考虑材料强度和重力荷载的随机性,得出层间位移角作为抗力R在弹性、弹塑性阶段的变异系数分别为:0.271、0.359;层间位移角作为效应S在弹性、弹塑性阶段的变异系数分别为:0.355、0.407。 ②基本完好水准的量化。量化DDBD方法的基本完好性能水准时,作为抗力R的最大层间位移角主要考虑框架在地震作用后的残余裂缝宽度,本文中建议采用0.2mm。作为效应S的最大层间位移角主要考虑按照目前我国规范求出的多遇地震性能点参数,经过K-S检验和数据的统计和判断后,给出量化该性能水准的具有可靠度指标的设计参考值:1/1142.2,可靠度指标为2.73,保证概率为99.69%,并给出按照业主不同要求对该性能水准量化时的三种调整建议,包括我们常见的保证概率时的设计参考值,如1/843.5(95%),1/937.5(97.5%)等。 ③生命安全水准的量化。量化DDBD方法的生命安全水准时,作为抗力R的层间位移角主要考虑该水准定义时的承载力要求,大致为框架承载力达到承载力极限值之前的一段范围,百分比约为85%~100%,按照本文的建议取承载力极限值的90%,效应S主要考虑罕遇地震性能点,经K-S检验和数据的统计处理和离群值判断后,给出该性能水准的量化参考值为1/152.0,可靠度指标和保证概率为0.8066、79.01%,并给出承载力极限值的85%和100%时刻的可靠度指标、保证概率作为调整时的参考值,最后给出当业主有不同的要求时量化该水准的三种量化调整参考建议。 ④防止倒塌水准的量化。量化DDBD方法的防止倒塌水准时,该水准主要是针对框架的倒塌状态而言的,故作为抗力R时的层间位移角主要参考承载力下降到极限值的85%时刻的性能点且不发生破坏,效应S主要考虑罕遇地震性能点,经K-S检验和数据的统计处理和离群值判断后,给出该性能水准的量化参考值为1/152.0,可靠度指标和保证概率为3.13、99.91%,最后给出当业主有不同的要求时量化该水准的三种量化调整参考建议。 ⑤其他抗震性能参数研究。通过对按照我国现行规范设计的PPC框架抗震性能的分析,其位移延性系数的取值范围约为3.2~5.5,刚度系数为0.00~0.100;基底剪力比值在小震、中震、大震时大致为1:2.43:4.22,顶点位移比值为1:2.76:6.86;同时给出框架等效阻尼比的大致范围、等效刚度的比值规律和设计参考建议。


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