考慮空間效應的柱抗彎能力增強措施合理性評價.pdf

1、理論研究與震害經(jīng)驗表明，地震時地面運動和結構的反應都是復雜的多維運動。在以往鋼筋混凝土結構動力反應研究中，由于技術手段的局限，研究者往往采用的是平面分析模型，只考慮在單向水平地面運動作用下的結構反應。實際上，無論是規(guī)則結構還是不規(guī)則結構，雙向水平地震動作用下的結構反應與僅考慮單向水平地震作用的結構反應有較大差別，將結構簡化成平面分析模型不能全面反映和揭示結構地震反應的本質。
　　本文首先嚴格按照我國規(guī)范GB50010-2002和G

2、B50011-2001設計了五個典型鋼筋混凝土空間框架，并在非線性動力分析平臺OpenSees上對空間框架進行了罕遇地震下多波輸入的非線性反應分析，考察了空間框架的整體反應規(guī)律（頂點側移、層間位移角、樓層的側移分布等）和局部反應規(guī)律（桿端纖維應變、桿件塑性鉸分布、轉動程度以及桿件延性需求等），基于這些結果對五個典型框架所處烈度區(qū)的柱彎矩增強措施的合理性進行了評價。然后通過一個空間框架和從該空間框架取出的平面框架的非線性分析結果的對比，對

3、平面分析模型在多大程度上能夠代表整個結構的真實反應進行了分析。最后試探性的將八度(0.2g)空間框架的柱彎矩增大系數(shù)從現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的1.2人為提高到1.5，通過非線性分析對其有效性進行了驗證。
　　通過上述分析，本文得出了如下主要結論：
　?、倨叨龋?.1g）三級空間框架整體反應（頂點位移、層間位移角等）相對較小，能滿足大震不倒的抗震性態(tài)要求。就局部反應而言，由于框架柱大部分由最小配筋率控制及地震作用本身較小，梁、柱出鉸與其

4、他烈度區(qū)相比相對較少，但總體上仍屬于以“柱鉸”為主的梁柱鉸混合塑性鉸機構，表明現(xiàn)行規(guī)范對七度(0.1g)的梁柱抗彎能力級差調整措施不能保證柱端不出現(xiàn)或延緩出現(xiàn)塑性鉸，其抗震性態(tài)是偏不利的。只是地震作用相對較小，與其他烈度區(qū)比起來，七度(0.1g)空間框架未見有同層柱同時出鉸的層側移機構的出現(xiàn)，離失效還有很大的距離。
　?、谄叨?0.15g)三級空間框架的頂點位移、層間位移角等與七度(0.1g)三級空間框架相比雖略有加大，但總體來說

5、差別不大，表明從整體反應的角度看，兩個區(qū)框架沒有明顯的差別。但考查局部反應，七度(0.15g)三級空間框架柱端出鉸數(shù)量較七度(0.1g)框架有所增加，梁端出鉸數(shù)量略有減少，梁柱鉸混合塑性鉸機構中柱鉸占的比例有所加大。雖然出鉸不像八度二級空間框架那樣普遍，但已經(jīng)開始有少量同層柱上下端同時出鉸的層側移機構的趨勢，因而其梁柱抗彎能力級差調整措施的控制效果與七度(0.1g)空間框架相比更為不利。
　?、郯硕?0.2g)二級空間框架與七度三

6、級空間框架相比，整體反應規(guī)律顯著加大，層間位移角甚至有超過1/50的“大震不倒”評價標準的情況出現(xiàn)，表明結構在整體上已經(jīng)失效。柱端出鉸較七度區(qū)顯著增多，多為雙向出鉸，轉動較大，更為不利的是多次出現(xiàn)同層所有柱上下端同時出鉸的層側移機構，表明現(xiàn)行規(guī)范對八度(0.2g)二級空間框架的抗彎能力調整措施是極其偏弱的。
　?、馨硕?0.3g)二級空間框架和八度(0.2g)二級空間框架類似，整體反應規(guī)律比七度區(qū)三級空間框架有所增大，最大層間位移

7、角雖然沒有像八度(0.2g)那樣超過1/50，但也已經(jīng)接近大震不倒的邊緣，表明結構在整體上已接近失效。柱端出鉸較八度(0.2g)空間框架略有增多，仍多為雙向屈服，轉動較大，層側移機構仍然多次出現(xiàn)，表明現(xiàn)行規(guī)范對本烈度區(qū)的抗彎能力增強措施也是極為不利的，有待進一步提高。
　?、菥哦?0.4g)一級空間框架由于柱截面尺寸是層間位移角限值控制，其整體反應規(guī)律較八度區(qū)明顯減小，總體上與七度區(qū)三級框架相近，表明框架在整體上可滿足規(guī)范所期望的

8、抗震性態(tài)要求。和七度區(qū)、八度區(qū)不同的是，九度區(qū)一級空間框架形成的是以梁鉸為主的“梁柱鉸”混合塑性鉸機構，雖然柱端也有一定數(shù)量的出鉸，但轉角較小，表明現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的按梁端實配鋼筋來調整梁柱相對強弱程度的抗彎能力級差調整措施雖然不能完全避免柱端塑性鉸的出現(xiàn)（我國規(guī)范并不要求柱端不出現(xiàn)塑性鉸），但對推遲柱端塑性鉸的出現(xiàn)是有積極意義的，由此可見，九度區(qū)一級空間框架的抗彎能力調整措施是能夠滿足我國規(guī)范所期望的要求的。
　　⑥通過雙向地震波輸

9、入下的空間框架、單向地震波輸入下的空間框架、單向地震波輸入下的平面框架的對比分析可以發(fā)現(xiàn)：就結構的整體反應而言，三者沒有太大的差別，表明平面框架代替空間框架單向位移反應是可行的；但就局部反應而言，三者有較大差別，平面框架形成的是典型的梁柱鉸機構，梁端出鉸較多，轉動較大，柱端塑性鉸相對較?。浑p向地震作用下的空間框架柱鉸明顯多于梁鉸，多為雙向屈服，有同層所有柱上下端同時出鉸的層側移機構的趨勢；平面框架明顯低估了框架柱的局部反應。
　　

10、⑦把八度(0.2g)二級空間框架的柱彎矩增大系數(shù)從現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的1.2提高到1.5后，頂點位移時程、層間位移角等整體反應與柱彎矩增大系數(shù)取1.2時相比略有減小，但差別并不大，表明柱彎矩增大系數(shù)取值對整體反應的影響較小；從局部反應來看，柱端塑性鉸數(shù)量、轉角大小明顯減少，但出鉸仍較為普遍，有單向屈服，也有雙向屈服，梁鉸數(shù)量進一步增多，框架形成的仍是以柱鉸為主的梁柱鉸塑性耗能機構，表明將現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的八度(0.2g)二級空間框架的抗彎能力調整