鋼筋混凝土框架結構基于性能系數抗震設計法的基礎研究.pdf

1、結構性能系數是建筑抗震設計中的核心參數，是實現結構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)框架結構基于性能系數的抗震設計方法。本文主要開展了以下幾個方面的研究工作。 (1)RC框架結構抗震安全度比較分析。以RC框架結構作為比較對象，從抗震設防目標

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、澳洲和歐洲建筑設計規(guī)范中的相關條款或規(guī)定，通過實例分析比較了中國、美國和歐洲建筑設計規(guī)范中梁柱構件的抗震安全系數。與國際上具有重要影響意義的建筑抗震設計規(guī)范相比，宏觀上可以認識到我國現行建筑抗震設計規(guī)范的安全水準偏低。 (2)RC框架結構性能系數研究。結構性能系數通常表達為三個特征系數的組合，即結構的延性折減系數、阻尼折減系數和抗震超強系數。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的主要因素，建立了SDOF體系延性折減系數譜；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，通過對剪切型集中質量MDOF體系和相應等效SDOF體系抗震強度需求的分析，采用修正相應等效SDOF體系的延性折減系數的方法研究了MDOF體系的修正系數譜的基本特征，從而建立了MDOF體系的延性折減系數譜。通過SDOF

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

5、值的隨機性，通過蒙特卡羅模擬，研究了3層和6層框架結構樓層和體系形成“柱鉸屈服”機制時抗震位移需求超越位移能力的概率；基于結構抗震易損性的分析，建立了強柱系數的抗震效應評估方法，并以6層確定性RC框架結構為例，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抗震效應的易損性曲線。 (4)RC框架結構抗震變形性能分析。通過收集和分析國內外文獻中的試驗數據，結合國外規(guī)范相似的條款，推薦了不同極限狀態(tài)時RC框架結構基于層間位移角的

6、極限性能指標；通過研究結構樓層延性系數的影響因素，建立了近似估算樓層位移延性系數的計算公式。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框架模型結構的樓層屈服剪力系數、基本自振周期、樓層數三個因素對彈塑性位移增大系數的影響，建立了彈塑性層間位移增大系數經驗公式。假定RC框架結構為理想剪切型和彎曲型結構的組合，采用等效靜力荷載分布模式推導了RC框架結構的彈性側移分布模式，討論了彎剪強度比率、荷載分布模式對位移反應的影響；假

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