鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能的地震損傷控制研究.pdf

1、基于性能的抗震設(shè)計(jì)是當(dāng)今結(jié)構(gòu)抗震研究的主流方向。它允許人們能動(dòng)地選擇結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)可能遭受的各水準(zhǔn)地震作用下的抗震性能，有意識(shí)地控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能產(chǎn)生的損傷。這就要求人們必須事先掌握結(jié)構(gòu)地震損傷發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，以及如何合理地評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的損傷水平。本文選擇工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一--鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，通過(guò)理論分析和補(bǔ)充試驗(yàn)的方法研究了其地震損傷性能及控制方法。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.

2、根據(jù)我國(guó)早期非抗震設(shè)計(jì)和現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，本文設(shè)計(jì)了13個(gè)典型的鋼筋混凝土梁柱試件，在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了低周反復(fù)加載損傷機(jī)理試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中詳細(xì)記錄各試件的損傷性能關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)(包括殘余位移、最大裂縫寬度、殘余裂縫寬度等)，為確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能等級(jí)建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)比損傷記錄，研究了試件各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)損傷性能的影響。
　　 2.針對(duì)研究界廣泛應(yīng)用的Park-Ang損傷模型在上、下界不收斂的問(wèn)題，提出

3、了修正的鋼筋混凝土構(gòu)件地震損傷模型。遴選了美國(guó)太平洋地震工程研究中心數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，加上本文進(jìn)行的鋼筋混凝土梁柱損傷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)本文提出的修正的損傷模型組合系數(shù)的取值進(jìn)行了標(biāo)定。通過(guò)多元非線性回歸分析得到了該組合系數(shù)與三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)間的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中常見的梁柱構(gòu)件給出了組合系數(shù)的建議值。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文的修正模型可以更準(zhǔn)確地計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷指標(biāo)，離散度明顯降低。
　　 3.應(yīng)用本文提出的修正的鋼筋混凝土

4、構(gòu)件地震損傷模型計(jì)算了數(shù)據(jù)庫(kù)中各試件損傷特征點(diǎn)的損傷指標(biāo)。在比較研究的基礎(chǔ)上提出了以構(gòu)件損傷指標(biāo)占同層構(gòu)件損傷指標(biāo)總和之比為權(quán)數(shù)加權(quán)平均得到樓層結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)、以各樓層結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的最大值作為結(jié)構(gòu)總體損傷指標(biāo)的損傷評(píng)價(jià)方法。本文采用總體結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷水平，以最大層間位移角衡量非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震損傷，將鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能劃分為四個(gè)等級(jí)，根據(jù)本文試驗(yàn)損傷觀測(cè)記錄和計(jì)算得到的損傷特征點(diǎn)的損傷指標(biāo)分布，并參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

5、成果，確定了各抗震性能等級(jí)與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)損傷代表值之間的定量關(guān)系。
　　 4.結(jié)合我國(guó)抗震規(guī)范，分別對(duì)各場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選擇大量地震動(dòng)加速度記錄，以修正的Takeda模型作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)滯回模型，利用本文修正的損傷模型，通過(guò)大量單自由度體系非線性時(shí)程分析，對(duì)給定延性能力的結(jié)構(gòu)搜索滿足損傷水平的屈服強(qiáng)度系數(shù)，在各場(chǎng)地類別與設(shè)計(jì)地震分組組合中對(duì)地震動(dòng)記錄的計(jì)算結(jié)果平均而得該組合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等地震損傷屈服強(qiáng)度譜，并按

6、照不同場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組分別進(jìn)行了多元非線性回歸分析，得到相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式。對(duì)比表明，回歸表達(dá)式具有較高的精度，能夠代表本文計(jì)算結(jié)果，可在地震損傷控制設(shè)計(jì)中直接應(yīng)用。
　　 5.考慮結(jié)構(gòu)性能和地震動(dòng)的隨機(jī)性，利用OpenSees基于柔度法的纖維模型有限元方法，分別計(jì)算了7度和8度設(shè)防的不同場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)分組的3層、6層和10層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震易損性，共計(jì)59400次非線性地震反應(yīng)分析。根據(jù)本文提出的構(gòu)件損傷模型和結(jié)構(gòu)

7、總體損傷計(jì)算方法計(jì)算了各級(jí)地震作用下各性能等級(jí)的損傷超越概率，并用非線性最小二乘方法擬合得到各抗震性能等級(jí)的易損性曲線。根據(jù)地震動(dòng)水準(zhǔn)的超越概率分布，在我國(guó)現(xiàn)有的三水準(zhǔn)地震動(dòng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了重現(xiàn)期為975年的地震水準(zhǔn)，結(jié)合易損性計(jì)算結(jié)果和建筑抗震設(shè)防類別，提出了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)多水準(zhǔn)抗震性能目標(biāo)。
　　 6.在前文研究工作的基礎(chǔ)上，兼顧結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷水平，提出了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震損傷控制設(shè)計(jì)方法。該方法利用本文得到的等