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水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能研究

曲博闻  
【摘要】:国内外多次震害调查及振动台试验表明,水平双向(以下简称双向)侧移是钢筋混凝土(以下简称RC)框架结构最常见的地震反应模式。典型的余震监测及振动台试验记录到的结构位移显示,实际(或模拟实际)地震动下RC结构的层间侧移轨迹包括近似椭圆、近似斜直线及不规则形状的多种情况,结构在地震中出现双向的位移反应具有普遍性,且位移路径具有随机性。双向地震作用下RC框架柱在2个水平方向上的受力性能存在耦合作用,一个方向的损伤会显著降低另一个方向的抗震能力,两个方向共同受力,结构抗震能力会出现明显下降。然而目前RC结构构件的抗震性能研究及抗震设计中双向受力的影响尚未得到充分考虑。对此本文开展了9个RC悬臂柱的水平双向拟静力试验及60个RC悬臂柱的有限元模拟分析研究,重点考察了不同加载路径、轴压比、体积配箍率及纵筋配筋率对RC柱的受力机理以及承载力和极限位移等指标变化规律的影响。论文主要完成了以下工作:1)按照截面尺寸450mm×450mm,层高4.2m,缩尺比为1:1.5设计制作了9根剪跨比为3.8的RC悬臂柱。进行了双向拟静力试验,重点考察加载方式、轴压比、体积配箍率、配筋率对柱受力性能的影响,得到了柱的力-位移滞回曲线、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线和等效粘滞阻尼系数曲线,对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行了分析。2)采用有限元软件OpenSEES对试验柱建模,通过模拟分析结果与试验结果对比,对分析模型及材料本构进行了调试验证。之后开展了60个RC悬臂柱的双向滞回加载数值模拟,重点分析了水平加载路径、柱轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率和剪跨比对RC柱抗震性能的影响。3)基于试验和数值模拟结果,分析了不同水平双向加载路径对钢筋混凝土柱抗震性能的影响;提出了水平双向加载下RC框架柱的极限位移评价适用原则,探讨了水平双向拟静力试验中满足该原则的加载路径,并对评价框架柱极限位移的最佳加载路径给出了建议。4)基于上述评价适用原则,将本文试验结果和数值模拟所得极限位移同国内外主要规范标准进行了对比分析,探讨了水平双向受力状态下RC框架结构的防倒塌位移限值。综合试验及分析结果,提出了水平双向地震作用下RC框架柱的抗震设计和分析建议。


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