剪力墻結(jié)構(gòu)和不同強度配筋的框架結(jié)構(gòu)非彈性動力反應(yīng)分析.pdf

1、2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展及技術(shù)進步水準，已把HRB400鋼筋確認為主導(dǎo)鋼筋品種；HRB335鋼筋將逐步退出工程應(yīng)用領(lǐng)域；同時,考慮到中國鋼材消耗量大，鐵礦資源相對貧乏的特點，從節(jié)約資源和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的角度，首次推出強度更高的HRB500鋼筋。到目前為止，雖然已對使用HRB500鋼筋的鋼筋混凝土各類構(gòu)件的基本性能做過一定的試驗研究，但至今對使用HRB500鋼筋的各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能仍缺乏有效的分析研究

2、成果。為彌補這一研究空缺，本學(xué)術(shù)團隊曾有研究生對分別使用HRB500、HRB400、HRB335鋼筋的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)做過初步的罕遇水準輸入下非彈性動力反應(yīng)分析對比，但其初步分析結(jié)果有待進一步核實，同時對使用3種鋼筋的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所形成的抗震性能反應(yīng)特征也有待從理論上給予討論與說明。因此，本論文第一部分將以8度0.3g區(qū)分別采用不同強度等級（HRB500、HRB400、HRB335）鋼筋的3個三跨八層一級抗震等級的框架作為典型結(jié)

3、構(gòu)，在該設(shè)防烈度區(qū)多條罕遇水準地面運動輸入下完成非彈性動力反應(yīng)分析，并對其中表現(xiàn)出的規(guī)律做了進一步對比和研究；同時還對分別選用HRB500和HRB335鋼筋的單自由度體系進行多波輸入下的動力推覆時程反應(yīng)分析對比。
　　通過上述分析對比工作，得出的主要結(jié)論是：隨著縱筋強度等級的提高，在梁、柱混凝土截面尺寸不變的前提下，構(gòu)件縱筋配筋率相應(yīng)下降，且構(gòu)件第二折線剛度相應(yīng)降低。在非彈性動力反應(yīng)過程中，從構(gòu)件陸續(xù)進入第二折線剛度階段開始，鋼筋

4、強度越高的配筋框架的側(cè)向剛度下降越快，自振周期加長越多，地震反應(yīng)下降幅度越大。同時，鋼筋強度越高的配筋框架屈服位移相應(yīng)越大。這兩個因素相抵，使得罕遇水準地面運動輸入下的3個典型框架結(jié)構(gòu)進入屈服以后的頂點側(cè)向位移值相差不大。由于鋼筋強度越高的配筋構(gòu)件要在更高的反應(yīng)內(nèi)力下屈服，故梁、柱端塑性鉸形成相對較晚，塑性鉸轉(zhuǎn)動相對較小，即延性需求相對偏低。
　　上述分析還表明，結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂并進入第二折線剛度后，結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)特征就將相應(yīng)發(fā)生變化

5、。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)的非彈性動力反應(yīng)分析中，合理確定各類構(gòu)件截面的開裂彎矩和第二剛度，對所獲得的非彈性動力反應(yīng)分析結(jié)果具有重要意義。這一特征應(yīng)在今后的各類非彈性動力反應(yīng)分析方法中給予足夠關(guān)注。
　　除此之外，由于到目前為止，國內(nèi)有關(guān)學(xué)術(shù)團隊，特別是重慶大學(xué)土木工程學(xué)院的有關(guān)團隊，曾對嚴格按中國規(guī)范設(shè)計的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)做過在罕遇水準地面運動輸入下的非彈性動力反應(yīng)系列分析，但尚缺乏在我國各地高層

6、住宅建筑中使用面最廣的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析研究。為了彌補這一缺口，本論文第二部分從目前常用的這類結(jié)構(gòu)中提取出經(jīng)模型化處理后的典型結(jié)構(gòu)單元，并按現(xiàn)行規(guī)范8度0.2g區(qū)二級抗震等級完成了采用這類典型結(jié)構(gòu)單元的20層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中墻肢采用細長連梁（跨高比>5.0）聯(lián)接。在該設(shè)防烈度區(qū)多條罕遇水準地面運動輸入下完成了對這一典型結(jié)構(gòu)的非彈性動力反應(yīng)分析。根據(jù)分析結(jié)果對其性能表現(xiàn)做了相對全面的評價。其中發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)在多條罕遇水準地

7、面運動輸入下的性態(tài)反應(yīng)相對穩(wěn)定，抗震性能可以控制在預(yù)計的目標范圍之內(nèi)。多數(shù)地面運動輸入下，結(jié)構(gòu)的塑性變形部位主要分布在中下部樓層的細長連梁端部，此部分連梁剛度退化較嚴重；剪力墻肢底部原則上未進入屈服后狀態(tài)，墻肢剛度退化不嚴重，因此結(jié)構(gòu)整體剛度得到控制，側(cè)向位移反應(yīng)性態(tài)良好。但分析結(jié)果提請注意的是，在個別不利地面運動輸入下，緊鄰底部加強部位以上二至三層的部分連梁轉(zhuǎn)角延性需求很大，很可能超過細長連梁的變形能力，使構(gòu)件損壞嚴重。另外，在部分罕

8、遇水準地面運動的激勵下，中下部樓層或底部樓層剪力墻墻肢中的作用剪力與通過強剪弱彎措施所增大的組合剪力相比偏大較多，可能導(dǎo)致部分剪力墻肢的剪切失效。
　　除此之外，分析得出的剪力墻結(jié)構(gòu)主要抗震性能還有：
　?、偌袅Y(jié)構(gòu)在多條罕遇水準的地面運動激勵下的各層側(cè)移沿高度呈彎剪型分布。層間位移角沿樓層高度的分布規(guī)律是下部樓層略小，中下部樓層最大，上部樓層逐漸減小。非彈性有害層間位移角沿樓層的分布規(guī)律是中下部樓層較大，上部樓層逐漸減小

9、。有害層間位移角大致在0.1％~0.3%，最大的有害層間位移角在大部分地面運動輸入下出現(xiàn)在第二層。
　?、谶B梁的內(nèi)力沿高度分布規(guī)律是下部樓層偏小，中下部樓層最大，上部樓層逐漸減小。這一規(guī)律與梁端塑性鉸分布情況及其延性需求變化規(guī)律相符。各墻肢的剪力沿樓層分布規(guī)律是下部樓層偏小，中下部樓層最大，上部樓層更小。
　?、墼趥€別罕遇水準地面運動作用下，緊鄰底部加強部位上一層的墻肢出現(xiàn)屈服。這表明2010抗震規(guī)范第6.2.7條剪力墻底部