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基于新规范的八、九设防烈度区RC框架地震反应特征及损伤分析

刘光明  
【摘要】:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)已于2002年1月1日起颁布实施,原《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)于2002年12月31日废止。新规范提高了包括层间位移角限值、最小配筋率、柱—梁级差系数等等在内的一系列抗震设计措施。基于新规范抗震措施设计的八度区二级框架、九度区一级框架在地震作用下能否达到规范预定的抗震设防目标有必要通过非线性动力反应分析予以检验;对基于新、旧规范设计的框架地震反应的比较则有助于了解新规范调整后抗震措施对结构地震反应的影响程度。 通过时程分析所得到的层间位移角分布、结构最大顶点位移、楼层侧移分布以及塑性铰分布可以直观了解地震反应,而基于非线性时程分析的地震损伤分析方法能相对准确、方便、快捷地判断结构构件的损伤,把握结构的相对薄弱杆件或楼层。 本文按照新规范设计了设防烈度分别为八度、九度的两个民用建筑钢筋混凝土典型框架,按考虑板筋与不考虑板筋作用分别计算梁的屈服水准,然后对两榀框架分别进行设防烈度地震作用和罕遇烈度地震作用下的非线性动力反应分析和损伤分析。得到如下结论: ①本文设计的八度区二级及九度区一级框架的截面尺寸均由最大层间位移角控制,框架柱配筋受最小配筋率影响很小。 ②八度区二级框架考虑板筋与不考虑板筋情况下,在设防烈度地震作用下的的地震反应均不大,仅少量梁端出现塑性铰,柱端则几乎无塑性铰出现;在罕遇烈度地震作用下结构地震反应基本能达到预期的抗震设防目标,但柱铰分布较为集中,尤其是在考虑板筋作用后个别地震输入下框架有形成层间侧移机构的趋势。 ③九度区一级框架考虑板筋与不考虑板筋情况下,在设防烈度地震作用下除El Centro和Taft波输入下的反应稍大外(梁端出现数量较多且多双向屈服的塑性铰),按“3+1”选波的反应均不大,顶部两层柱端出现少量转动较小的塑性铰;在罕遇烈度地震作用下结构总体反应表现良好,形成了以梁端塑性铰为主的耗能机构。这说明新规范对九度区一级框架采取的抗震措施是有效的,能够实现预期的抗震设防目标。 ④从八度区二级、九度区一级框架的地震反应看,在设防烈度地震作用下考虑板筋与不考虑板筋作用的反应结果无明显差异;罕遇烈度地震作用下,预不考虑板筋时相比,考虑板筋作用后梁端塑性转动有所减小,个别梁端塑性铰消失,柱端塑性转动有增加趋势,个别柱端新增塑性铰,整体反应有减小趋势,但幅度 WP=5 不大。 ⑤由于新规范弹性层间位移角限值减小,与文献[13]相比本文的框架截面尺寸有所增大。不考虑板筋作用,无论是在设防烈度地震还是罕遇烈度地震作用下,按新规范设计的八、九度区框架的地震反应明显优于文献[13]的分析结果。 ⑥八度区框架在罕遇烈度地震作用,个别地震波输入下的柱脚转动偏大,在一定程度上说明规范规定的柱脚弯矩增强系数1.25偏小;九度区框架在罕遇烈度作用下的柱脚转动普遍不大,说明一级框架柱脚增强系数1.5是可以接受的。 ⑦分析了楼层滞回耗能沿竖向分布规律,发现能量分布沿楼层自下而上有减小趋势。 ⑧对Park-Ang模型分别取耗能因子 为0.05、0.10及0.25,讨论了由于低周疲劳引起的损伤在总损伤中所占比重。分析结果表明,对构造良好的构件( )低周疲劳引起的损伤在柱中不超过5%,梁中不超过20%。 ⑨分别讨论了由构件损伤加权得到层损伤指数以及由层损伤加权得到结构损伤的几种不同加权方法的优劣,分析结果表明,按杜修力模型加权构件损伤得到层损伤,按欧进萍模型加权层损伤指数得到结构损伤更为合理。 ⑩编制基于非线性时程分析的地震损伤程序,对本文设计的两榀框架进行损伤分析,得到构件、层及整体损伤指数;对时程分析结果采用损伤评价方法可以更加准确、迅速地了解结构相对薄弱部位和地震反应特征。


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