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本文通过对国内外大量震害现象分析,对今几十以来几次大地震中水平加速度与竖向加速度的对比,并对传统的地震作用观点和其他一些学者的观点进行剖析。认为在浅源、直下型的地震中,竖向地震荷载在对一般性建筑结构具有不可忽视的影响。尤其是震中区,对建筑结构造成破坏的主要因素是竖向地震作用而不是水平地震作用。
本文通过对一个一般性框架结构的中柱进行缩尺试验研究及数值模拟,并分别考虑四种不同情况下竖向地震荷载作用对框架结构中结构构件的影响,分别是不考虑竖向地震作用(RC1)、考虑低应力水平下的竖向地震作用(RC2)、考虑高应力水平下的竖向地震作用(RC3)及构件箍筋加密(RC4)四种情况。并分两个阶段进行低周反复荷载作用下的试验研究,最后分析几种不同荷载形式作用下框架柱的抗震性能。得出主要结论如下:
1)考虑竖向地震荷载作用下,在竖向循环阶段,混凝土构件总变形、残余变形较大。微裂缝开展较多,混凝土的塑性发展很快,构件中混凝土损伤比较严重。
2)在相同配筋形式下,不同的竖向循环应力对混凝土构件抗震性能影响较大。主要表现在,高循环应力下构件的裂缝开展、残余变形、总变形、塑性损伤量等比低应力循环下构件破坏严重。
3)在相同配筋形式下,考虑竖向地震荷载作用时相比于不考虑竖向地震荷载作用下的构件承载力性能、延性性能均有较大下降,4)试验构件采用箍筋加密的形式能够有效增加构件的延性性能及后期承载力,这种形式可以抵抗由于竖向地震荷载作用引起的延性性能下降,但是对构件水平极限承载力方面影响不明显。
5)构件箍筋加密以后能够有效增加构件滞回曲线后期的滞回面积,能有效提高消耗地震能量的能力。
6)利用有限元分析软件ABABQUS的非线性分析功能对四个混凝土框架柱进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,并通过ABAQUS的模拟,对结构破坏形式、破坏部位及破坏形态进行预测,为构件试验加载提供依据。