基于多指标的RC框剪结构抗震性能评估简化方法研究

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合理的破坏模式是保证结构在大震作用下具有良好抗震性能、实现我国抗震设防目标的决定性因素之一,我国规范中通过“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”等抗震措施及“加强-加强-再加强”的设计思路来引导结构实现预期破坏模式。若简单认为规范倡导的破坏模式即为合理且可实现的,实际震害却表明其未必可行。基于性能的抗震设计可以根据建筑物重要程度及用途确定其抗震设防目标及抗震设防标准,使设计的建筑结构在未来地震作用下具备预期的功能,其中“安全”与“经济”是建筑结构设计中不可回避的主要矛盾并且直接影响结构的破坏模式,而现阶段对框剪结构破坏模式简化评估方法还未建立,故有必要根据业主或设计人员对建筑结构不同层次的需求,在满足规范要求的最低安全水准下,提出基于安全性、经济性、综合性指标的抗震性能评估简化方法。RC框架-剪力墙结构抗震性能简化评估方法更为复杂且较以往研究较少,本文以RC框架-剪力墙结构作为研究对象,分析影响框剪结构破坏模式的多种因素并选择刚度特征值作为研究变量,确定刚度特征值的取值范围并对范围的合理性进行了校验;设计一系列刚度特征值不同的RC框剪结构进行动力时程分析,研究结构构件塑性铰、滞回耗能、损伤指数、层剪力、层间位移角与刚度特征值的关系;计算不同结构安全性指标、经济性指标、综合性指标并分析不同指标与刚度特征值的关系;根据分析结果,建立简化的抗震性能评估方法,为框剪结构定量评估提供参考。通过上述研究,本文得到结论如下:(1)刚度特征值与框剪结构的抗震性能密切相关,可以通过刚度特征值的调整,考察框剪结构的抗震性能,进一步建立简化的抗震性能评估方法,为框剪结构抗震性能定量评估提供参考,且该方法是合理可行的。(2)本文使用该方法总结分析了一些规律并给出设计用的建议:1)框剪结构的破坏模式与刚度特征值直接相关,按规范中“强剪弱弯”、“强柱弱梁”对框剪结构进行设计,并采用弱连梁,最终框剪结构出铰顺序均良好,底部连梁率先出铰,随后框架梁出铰,当刚度特征值大于3.0时,底部剪力墙开始出铰,刚度特征值增大到3.6时,框架柱也出现塑性铰;2)当刚度特征值λ在(1.9,2.2)范围内变化时,λ与RC框剪结构安全性、经济性、综合性能的关系曲线的斜率变化明显,故λ=1.9对于框剪结构是较优取值;当刚度特征值λ在(2.2,3.6)范围内时变化时,设计人员可以选择较少的经济投入而获得较为合理的抗震性能;当刚度特征值λ在(1.0,1.9)范围内变化时,设计人员可以在减少经济投入的基础上获得更为合理的抗震性能。本文创新点归纳如下:(1)使用RC框剪结构破坏模式评价方法,结合框剪结构可行破坏模式及规范措施有效性校验,在量化的基础上建立了RC框剪结构抗震性能评估的简化方法。(2)以刚度特征值作为参数变量设计不同RC框剪结构模型,研究刚度特征值与结构经济性、安全性、综合性指标的关系,得到结构不同性能下刚度特征值取值范围。
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