水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能研究

发布时间：2020-04-02 15:32

【摘要】：国内外多次震害调查及振动台试验表明,水平双向(以下简称双向)侧移是钢筋混凝土(以下简称RC)框架结构最常见的地震反应模式。典型的余震监测及振动台试验记录到的结构位移显示,实际(或模拟实际)地震动下RC结构的层间侧移轨迹包括近似椭圆、近似斜直线及不规则形状的多种情况,结构在地震中出现双向的位移反应具有普遍性,且位移路径具有随机性。双向地震作用下RC框架柱在2个水平方向上的受力性能存在耦合作用,一个方向的损伤会显著降低另一个方向的抗震能力,两个方向共同受力,结构抗震能力会出现明显下降。然而目前RC结构构件的抗震性能研究及抗震设计中双向受力的影响尚未得到充分考虑。对此本文开展了9个RC悬臂柱的水平双向拟静力试验及60个RC悬臂柱的有限元模拟分析研究,重点考察了不同加载路径、轴压比、体积配箍率及纵筋配筋率对RC柱的受力机理以及承载力和极限位移等指标变化规律的影响。论文主要完成了以下工作:1)按照截面尺寸450mm×450mm,层高4.2m,缩尺比为1:1.5设计制作了9根剪跨比为3.8的RC悬臂柱。进行了双向拟静力试验,重点考察加载方式、轴压比、体积配箍率、配筋率对柱受力性能的影响,得到了柱的力-位移滞回曲线、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线和等效粘滞阻尼系数曲线,对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行了分析。2)采用有限元软件OpenSEES对试验柱建模,通过模拟分析结果与试验结果对比,对分析模型及材料本构进行了调试验证。之后开展了60个RC悬臂柱的双向滞回加载数值模拟,重点分析了水平加载路径、柱轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率和剪跨比对RC柱抗震性能的影响。3)基于试验和数值模拟结果,分析了不同水平双向加载路径对钢筋混凝土柱抗震性能的影响;提出了水平双向加载下RC框架柱的极限位移评价适用原则,探讨了水平双向拟静力试验中满足该原则的加载路径,并对评价框架柱极限位移的最佳加载路径给出了建议。4)基于上述评价适用原则,将本文试验结果和数值模拟所得极限位移同国内外主要规范标准进行了对比分析,探讨了水平双向受力状态下RC框架结构的防倒塌位移限值。综合试验及分析结果,提出了水平双向地震作用下RC框架柱的抗震设计和分析建议。
【图文】：

钢筋混凝土框架结构

（a）框架整体（b）Y 方向破坏（c）X 方向破坏（d）柱顶塑性铰双向受弯破坏图1-1 地震中受损的钢筋混凝土框架结构对于震害中 RC 结构的水平双向作用，Anne Lemnitzer（2014）的报道同样较为典型：2010 年智利 Ms8.8 级地震后，余震中几栋 RC 结构的楼层侧移反应表现为不规则的双向往复运动，甚至一栋建筑不同楼层的侧移轨迹包络线分别为近似椭圆、近似斜直线及不规则形状的多种情况，如图 1-2 所示。此外，多个施加了水平双向地震动的结构振动台试验研究均报道了类似的结构侧移情况（Oliva M G，1986；Kasai K，，2016）。大量实际震害调查及振动台试验均表明结构的双向位移反应具有普遍性、随机性和复杂性的特点。对此

模型图,钢筋混凝土框架结构,模型,单向受力

-3-（a）结构模型（b）各楼层水平位移图1-2 智利地震钢筋混凝土框架结构震损模型然而，在结构的抗力和性能方面（R），目前 RC 框架结构构件的抗震性能试验研究、性态设计指标的设定，以及抗震设计和震损分析中，广泛采用的均为单向受力下的性能参数及评价标准。而在水平双向地震作用下，结构构件的承载力、延性、位移以及关键抗震性能指标，与水平单向受力状态下有何差异；图 1-2 中如此复杂的水平双向位移历史轨迹作用下，结构构件的抗震性能指标会发生怎样变化，又会对结构的地震安全及损伤会有怎样的影响，这些影响对于结构抗震设计中事关重大。因此
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.3;TU352.11

【参考文献】