鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)抗震設(shè)計(jì)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(jì)中的核心參數(shù)，是實(shí)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(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)理論中急需解決的幾個(gè)問題進(jìn)行了探索性研究，綜合基于承載力抗震設(shè)計(jì)方法中成熟且簡(jiǎn)便有效的部分，同時(shí)引入某些基于性能抗震設(shè)計(jì)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(jì)方法。本文主要開展了以下幾個(gè)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(duì)象，從抗震設(shè)防目標(biāo)

2、、層間位移角限值和基底屈服剪力三個(gè)方面比較了中國、美國、日本、澳洲和歐洲建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)條款或規(guī)定，通過實(shí)例分析比較了中國、美國和歐洲建筑設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范相比，宏觀上可以認(rèn)識(shí)到我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的安全水準(zhǔn)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(dá)為三個(gè)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(qiáng)系數(shù)。首先通過單自由度體系(SD

3、OF)大量實(shí)際地震波作用下的動(dòng)力彈塑性時(shí)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(qiáng)度需求不同于多自由度體系(MDOF)的抗震強(qiáng)度需求，為了獲得MDOF體系的延性折減系數(shù)，通過對(duì)剪切型集中質(zhì)量MDOF體系和相應(yīng)等效SDOF體系抗震強(qiáng)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(duì)基于我國建筑抗震規(guī)范設(shè)計(jì)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(qiáng)系數(shù)及其影響因素。 (3)RC框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)柱系數(shù)的抗震效應(yīng)分析。通過非線性有限元模擬試驗(yàn)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(duì)RC框架結(jié)構(gòu)實(shí)際強(qiáng)柱系數(shù)的影響。采用可靠度理論評(píng)估了RC框架結(jié)構(gòu)單個(gè)節(jié)點(diǎn)“強(qiáng)柱弱梁”的失效概率；考慮主要影響梁柱強(qiáng)弱設(shè)計(jì)參數(shù)和地震加速度峰

5、值的隨機(jī)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(jī)制時(shí)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(qiáng)柱系數(shù)的抗震效應(yīng)評(píng)估方法，并以6層確定性RC框架結(jié)構(gòu)為例，通過增量動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，建立了能有效評(píng)估強(qiáng)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(xiàn)中的試驗(yàn)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(shí)RC框架結(jié)構(gòu)基于層間位移角的

6、極限性能指標(biāo)；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(jì)算公式。通過彈性和彈塑性時(shí)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(gè)因素對(duì)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(yàn)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(qiáng)度比率、荷載分布模式對(duì)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(jì)方法。在以上幾個(gè)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(jì)方法構(gòu)架，論述了基于性能系數(shù)抗震設(shè)計(jì)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(jì)方法的基本步驟，通過設(shè)計(jì)實(shí)例說明了常規(guī)RC框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，驗(yàn)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)