鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)抗震設(shè)計法的基礎(chǔ)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)性能系數(shù)是建筑抗震設(shè)計中的核心參數(shù)，是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)延性能力和承載能力雙重控制的紐帶。本文針對建筑抗震設(shè)計理論中急需解決的幾個問題進行了探索性研究，綜合基于承載力抗震設(shè)計方法中成熟且簡便有效的部分，同時引入某些基于性能抗震設(shè)計方法中多極性和靈活性的思路，提出了鋼筋混凝土(RC)框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)的抗震設(shè)計方法。本文主要開展了以下幾個方面的研究工作。 (1)RC框架結(jié)構(gòu)抗震安全度比較分析。以RC框架結(jié)構(gòu)作為比較對象，從抗震設(shè)防目標

2、、層間位移角限值和基底屈服剪力三個方面比較了中國、美國、日本、澳洲和歐洲建筑設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)條款或規(guī)定，通過實例分析比較了中國、美國和歐洲建筑設(shè)計規(guī)范中梁柱構(gòu)件的抗震安全系數(shù)。與國際上具有重要影響意義的建筑抗震設(shè)計規(guī)范相比，宏觀上可以認識到我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范的安全水準偏低。 (2)RC框架結(jié)構(gòu)性能系數(shù)研究。結(jié)構(gòu)性能系數(shù)通常表達為三個特征系數(shù)的組合，即結(jié)構(gòu)的延性折減系數(shù)、阻尼折減系數(shù)和抗震超強系數(shù)。首先通過單自由度體系(SD

3、OF)大量實際地震波作用下的動力彈塑性時程分析，研究了影響延性折減系數(shù)的主要因素，建立了SDOF體系延性折減系數(shù)譜；SDOF體系的抗震強度需求不同于多自由度體系(MDOF)的抗震強度需求，為了獲得MDOF體系的延性折減系數(shù)，通過對剪切型集中質(zhì)量MDOF體系和相應(yīng)等效SDOF體系抗震強度需求的分析，采用修正相應(yīng)等效SDOF體系的延性折減系數(shù)的方法研究了MDOF體系的修正系數(shù)譜的基本特征，從而建立了MDOF體系的延性折減系數(shù)譜。通過SDOF

4、體系位移反應(yīng)譜的分析，研究了阻尼折減系數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素。通過對基于我國建筑抗震規(guī)范設(shè)計的RC框架結(jié)構(gòu)抗震能力的分析，研究了RC框架結(jié)構(gòu)的抗震超強系數(shù)及其影響因素。 (3)RC框架結(jié)構(gòu)強柱系數(shù)的抗震效應(yīng)分析。通過非線性有限元模擬試驗研究，分析了RC框架子結(jié)構(gòu)材料特性、軸壓比、樓板參與等對RC框架結(jié)構(gòu)實際強柱系數(shù)的影響。采用可靠度理論評估了RC框架結(jié)構(gòu)單個節(jié)點“強柱弱梁”的失效概率；考慮主要影響梁柱強弱設(shè)計參數(shù)和地震加速度峰

5、值的隨機性，通過蒙特卡羅模擬，研究了3層和6層框架結(jié)構(gòu)樓層和體系形成“柱鉸屈服”機制時抗震位移需求超越位移能力的概率；基于結(jié)構(gòu)抗震易損性的分析，建立了強柱系數(shù)的抗震效應(yīng)評估方法，并以6層確定性RC框架結(jié)構(gòu)為例，通過增量動力彈塑性時程分析，建立了能有效評估強柱系數(shù)抗震效應(yīng)的易損性曲線。 (4)RC框架結(jié)構(gòu)抗震變形性能分析。通過收集和分析國內(nèi)外文獻中的試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合國外規(guī)范相似的條款，推薦了不同極限狀態(tài)時RC框架結(jié)構(gòu)基于層間位移角的

6、極限性能指標；通過研究結(jié)構(gòu)樓層延性系數(shù)的影響因素，建立了近似估算樓層位移延性系數(shù)的計算公式。通過彈性和彈塑性時程分析，研究了水平地震作用下梁鉸型屈服RC框架模型結(jié)構(gòu)的樓層屈服剪力系數(shù)、基本自振周期、樓層數(shù)三個因素對彈塑性位移增大系數(shù)的影響，建立了彈塑性層間位移增大系數(shù)經(jīng)驗公式。假定RC框架結(jié)構(gòu)為理想剪切型和彎曲型結(jié)構(gòu)的組合，采用等效靜力荷載分布模式推導(dǎo)了RC框架結(jié)構(gòu)的彈性側(cè)移分布模式，討論了彎剪強度比率、荷載分布模式對位移反應(yīng)的影響；假

7、定結(jié)構(gòu)的第一振型矢量模式，提出了近似估算地震作用下結(jié)構(gòu)彈性和彈塑性位移反應(yīng)的方法。 (5)建立RC框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)的抗震設(shè)計方法。在以上幾個基礎(chǔ)性問題的研究基礎(chǔ)之上，本文比較完整地建立了RC框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)抗震設(shè)計方法構(gòu)架，論述了基于性能系數(shù)抗震設(shè)計的基本思路和若干關(guān)鍵問題的解決途徑，給出了基于性能系數(shù)抗震設(shè)計方法的基本步驟，通過設(shè)計實例說明了常規(guī)RC框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，驗證了方法的可行性。本文提出的RC框架結(jié)構(gòu)基于結(jié)構(gòu)