双向地震作用下不同强度等级配筋的框架非线性动力反应分析

摘要

最新版《混凝土结构设计规范》已把 HRB400钢筋作为主导钢筋向工程界推广，HRB335钢筋将逐步退出工程应用，同时结合我国钢材消耗量大，人均矿产资源匮乏的特点，从维持国民经济可持续发展与环境保护的角度，新规范首次引入了更高强度等级的HRB500钢筋。虽然目前我国对配置HRB500钢筋的各类钢筋混凝土构件进行了一些试验研究，但对于配置高强钢筋的整体结构的抗震性能分析还不足。本学术团队曾完成了对配置HRB335、HRB400、HRB500钢筋的平面框架的抗震性能分析，并利用单自由度体系进行多波输入研究，以此证明配置高强钢筋的多自由度体系也有刚度和地震力反应幅值下降快的特点，但在真实的、三维多自由度体系中，结构的刚度和地震反应幅值究竟如何变化还有待研究。另外，更高强度等级的HRB600钢筋也在我国研制成功，而目前关于配置HRB600钢筋的框架结构抗震性能研究尚处于空白阶段。结合以上几方面原因，本文进行了8度g3.0区两批、共五座空间三维框架的非线性动力反应分析。其中第一批框架完全按设计强度的“等强代换”原则进行设计，即以严格设计的HRB335配筋框架为基础，经钢筋等强代换得到HRB500、HRB600配筋框架，共三座框架，以考察排除最小配筋率、正常使用极限状态的限制后，单纯以钢筋强度作为控制变量结构的地震反应；第二批框架则严格按现行规范进行设计，分别得到HRB500、HRB600配筋框架；之后，利用PERFORM-3D程序（Nonlinear Analysis and Performance Assessment for3D Structure）对这五座框架进行抗震性能考察。得到以下主要结论：
　　①虽然采用高强钢筋可以减少钢筋用量，但随着钢筋强度等级的提高，截面最小配筋率、正常使用极限状态的限制将在一定程度上抵消高强钢筋在这方面的优势。
　　②在各层最不利层间位移角、最大顶点位移等整体响应方面，因配置高强钢筋的结构抗侧刚度下降较快，使得两批框架的反应规律基本一致，即整体响应的数值是随配筋强度等级的提高而增大的；两批框架在双向罕遇地震作用下，梁端都普遍出铰，梁端转角变形系数、柱端最大转角的变化趋势也相同，随配筋强度等级的提高，前者逐渐减小，后者则增大。
　　③结合本文算例结果，单从钢筋材性对结构抗震性能影响的角度来看，高强钢筋对结构的影响趋于不利，但严格按照规范将高强钢筋用于结构设计中，结构的地震反应不至太大，应能满足预期的抗震设防目标。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 部分国家关于高强钢筋的研究现状

1.3地震波选波

1.4本论文的研究目的和主要研究内容

2 PERFROM-3D程序简介

2.1 框架梁的模型化

2.2 框架柱的模型化

2.3 楼板的模型化

2.4剪力墙

2.5 PERFORM-3D中本构曲线的定义

2.6 本章小结

3 分析模型的确定

3.1框架算例的设计

3.2 荷载取值的确定

3.3 框架配筋情况

3.4 分析模型的建立

3.5 弹性分析结果的对比

3.6 弹塑性分析设置

3.7 本章小结

4 用PERFORM-3D程序对材料进行非线弹性模拟

4.1 材料本构关系

4.2 材料强度参数的确定

4.3 本章小结

5 双向地面运动记录的选择与标定

5.1 本文选波思路

5.2 双向地震动选波

5.3 地面运动的标定

6 框架结构非线性动力反应分析结果

6.1 第一批框架的整体响应

6.2 第一批配置高强钢筋的框架在时程反应中各层最大层间位移角增大的问题

6.3第二批框架的整体响应

6.4第二批配置高强钢筋的框架在时程反应中的中、下部楼层最大层间位移角增大的问题

6.5 第一批框架的局部响应

6.6 第二批框架的局部响应

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 本论文主要结论

7.2 对将来研究方向的展望

致谢

参考文献

附 录