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、基于性能的抗震設計是當今結(jié)構(gòu)抗震研究的主流方向。它允許人們能動地選擇結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)可能遭受的各水準地震作用下的抗震性能，有意識地控制結(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，以及如何合理地評價結(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)作為研究對象，通過理論分析和補充試驗的方法研究了其地震損傷性能及控制方法。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.

2、根據(jù)我國早期非抗震設計和現(xiàn)行抗震設計規(guī)范，本文設計了13個典型的鋼筋混凝土梁柱試件，在同濟大學土木工程防災國家重點實驗室進行了低周反復加載損傷機理試驗。試驗過程中詳細記錄各試件的損傷性能關鍵點的數(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)抗震性能等級建立數(shù)據(jù)基礎。通過對比損傷記錄，研究了試件各設計參數(shù)對損傷性能的影響。
　　 2.針對研究界廣泛應用的Park-Ang損傷模型在上、下界不收斂的問題，提出

3、了修正的鋼筋混凝土構(gòu)件地震損傷模型。遴選了美國太平洋地震工程研究中心數(shù)據(jù)庫中的試驗數(shù)據(jù)，加上本文進行的鋼筋混凝土梁柱損傷試驗數(shù)據(jù)，對本文提出的修正的損傷模型組合系數(shù)的取值進行了標定。通過多元非線性回歸分析得到了該組合系數(shù)與三個設計參數(shù)間的經(jīng)驗公式，對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中常見的梁柱構(gòu)件給出了組合系數(shù)的建議值。對比發(fā)現(xiàn)，本文的修正模型可以更準確地計算鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷指標，離散度明顯降低。
　　 3.應用本文提出的修正的鋼筋混凝土

4、構(gòu)件地震損傷模型計算了數(shù)據(jù)庫中各試件損傷特征點的損傷指標。在比較研究的基礎上提出了以構(gòu)件損傷指標占同層構(gòu)件損傷指標總和之比為權(quán)數(shù)加權(quán)平均得到樓層結(jié)構(gòu)損傷指標、以各樓層結(jié)構(gòu)損傷指標的最大值作為結(jié)構(gòu)總體損傷指標的損傷評價方法。本文采用總體結(jié)構(gòu)損傷指標反映結(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等級，根據(jù)本文試驗損傷觀測記錄和計算得到的損傷特征點的損傷指標分布，并參考了國內(nèi)外相關研究

5、成果，確定了各抗震性能等級與相應的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)損傷代表值之間的定量關系。
　　 4.結(jié)合我國抗震規(guī)范，分別對各場地類別和設計地震分組選擇大量地震動加速度記錄，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，通過大量單自由度體系非線性時程分析，對給定延性能力的結(jié)構(gòu)搜索滿足損傷水平的屈服強度系數(shù)，在各場地類別與設計地震分組組合中對地震動記錄的計算結(jié)果平均而得該組合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等地震損傷屈服強度譜，并按

6、照不同場地類別和設計地震分組分別進行了多元非線性回歸分析，得到相應的函數(shù)表達式。對比表明，回歸表達式具有較高的精度，能夠代表本文計算結(jié)果，可在地震損傷控制設計中直接應用。
　　 5.考慮結(jié)構(gòu)性能和地震動的隨機性，利用OpenSees基于柔度法的纖維模型有限元方法，分別計算了7度和8度設防的不同場地類別和設計分組的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59400次非線性地震反應分析。根據(jù)本文提出的構(gòu)件損傷模型和結(jié)構(gòu)

7、總體損傷計算方法計算了各級地震作用下各性能等級的損傷超越概率，并用非線性最小二乘方法擬合得到各抗震性能等級的易損性曲線。根據(jù)地震動水準的超越概率分布，在我國現(xiàn)有的三水準地震動的基礎上增設了重現(xiàn)期為975年的地震水準，結(jié)合易損性計算結(jié)果和建筑抗震設防類別，提出了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)多水準抗震性能目標。
　　 6.在前文研究工作的基礎上，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)地震損傷控制設計方法。該方法利用本文得到的等