钢筋混凝土高层剪力墙结构非弹性地震反应性态的识别

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现浇钢筋混凝土剪力墙结构由剪力墙承受全部的竖向和水平荷载,它因侧向刚度大,空间整体性好,室内没有梁柱棱角,节约空间而在高层住宅和其他公共建筑中得到广泛应用。多年来的震害经验表明,经过认真的设计的钢筋混凝土剪力墙结构具有优秀的抗震性能,在强震下结构和非结构构件损伤均较小。然而到目前为止,少有关于剪力墙在罕遇水准地震作用下的非弹性反应性能认真细致的分析结果发表,对规范规定的相应抗震措施的有效性也未见有效的分析识别。为了深入研究钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能和非弹性发育机制,判定我国设计规范相关规定的合理性,完善剪力墙结构的设计方法。本文选择了一栋严格按照我国规范设计和施工的8度0.20g区钢筋混凝土剪力墙结构工程实例,采用PERFORM-3D分析程序对该结构进行了非线性建模,并对其在罕遇地震作用下的结构性能进行了评价。除此之外,由于地面运动记录的选择和标定方法极大地影响着时程分析的结果,本文对我国《高规》和ASCE 7规定的地震记录选择和标定方法的进行了介绍,并对比了在按照两种不同方法选择和标定的地震记录输入下结构主要工程需求参数的均值和离散度,总结了两种方法的特点。本文的主要结论如下:(1)《高规》在选择地震记录时更看重的是所选择的地震记录反应谱与规范的设计反应谱在统计意义上相符,同时因为双频段方法控制了所选地震记录反应谱和目标反应谱在平台段和结构主要周期点上的偏差,所以选出的地震记录更易包含对结构反应有重要影响的频谱特征。ASCE 7的地震记录选择程序更希望所选择的地震记录能够满足解聚分析得到的对结构反应起控制作用的震源、震中距条件,更加符合实际情况。在地震记录的调整上,《高规》方法需将地震记录的峰值加速度调整至相应烈度区罕遇水准的地面运动峰值加速度;ASCE 7采用设计反应谱作为目标谱,要求输入的多条地震波反应谱的平均值在0.2T11.5T1范围内不低于设计反应谱。采用《高规》程序所得的工程需求参数的均值稍大于ASCE 7程序所得的工程需求参数,但整体相差不大;但是采用《高规》程序所得的变异系数要小于ASCE 7所得。总体来说,《高规》的地震记录选择和标定程序在控制时程分析结果的离散度上有一定的优势,但在为重要工程选择地震记录时,应在满足《高规》要求的基础上,充分调查工程所在地周围的地震环境,尽量选择与工程场地地震环境一致的地震记录。(2)论文中所选的以细长连梁为主,没有过多的长墙肢,楼板和墙肢、连梁连接合理的8度0.2g区一级抗震等级钢筋混凝土剪力墙结构的罕遇水准弹塑性时程分析结果显示,结构的整体变形、连梁塑性变形、剪力墙正截面性能均能够满足罕遇水准下变形和承载力要求,且塑性损伤不大。本文所分析的结构,从一定程度上实现了以连梁为第一道抗震防线的目标。但是部分墙肢存在抗剪能力不足的情况,为了防止剪力墙发生脆性剪切破坏,保证强震下结构能够形成良好的塑性分布格局,必须采取相关措施防止剪切失效的发生,如采取更加合理的剪力墙布置,增大规范对剪力墙水平分布钢筋最小配筋率的要求,适度放大短墙肢的剪力放大系数。本文的主要创新点如下:(1)本文选择一栋位于昆明地区8度0.20g的剪力墙结构高层住宅的工程设计实例作为分析的对象,其结构布置更加符合真实的工程情况,分析结果对工程应用更有指导意义。(2)分别按照《高规》方法和ASCE 7方法选择了7组地震记录并标定,分析了两种方法在思路上的异同,对比了按照两种方法所得的地震记录进行时程分析后得到的工程需求参数的差异。(3)以时程分析中每片墙元的最大剪力及其对应的弯矩、轴力为抗剪最不利内力组合,按照我国《混规》对剪力墙构件在压弯、拉弯状态下的受剪承载力公式计算剪力墙的抗剪承载力,得出剪力墙在罕遇水准地面运动激励下的抗剪需求能力比的分布特点,并据此对我国规范对剪力墙抗剪措施有效性进行了评价。
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