地震动持时特性及其对RC框架结构非线性地震响应影响研究

摘要

历次震害调查表明地震动持时对结构的累积损伤有显著影响。目前关于持时对结构地震响应影响的研究中，并没有合理解耦地震动频谱特性，也未充分考虑其对进入强非线性结构地震响应的影响。现行抗震设计规范中基于概率的具体场地设计谱对于持时的规定相对比较模糊。因此，本文深入地研究了地震动持时特性及其对结构非线性地震响应的影响，主要研究工作和结论如下：
　　（1）为研究地震动持时特性，总结了目前常用的五种地震动持时指标，即一致持时、括号持时、5-95％重要持时、5-75%重要持时以及有效持时，对这五种指标的定义、特点及其主要影响因素进行了分析，并选取汶川地震地震动记录验证考虑断层距的最小二乘法预测方程在持时估计中的准确性。结果表明，不同持时指标的定义方式区别较大，受震级、断层距、场地条件和阈值等因素的影响程度各不相同；并且考虑断层距的最小二乘法持时预测方法可用于对汶川地震的持时估计。
　　（2）为解决考虑持时效应时合理地震动强度指标的选取问题，建立了不同周期具有强度和刚度退化特性的SDOF结构体系，提取60条地震动记录的持时指标Ds5-95%及强度指标AI和CAV，对此三种指标与各SDOF体系最大地震响应的相关性，以及基于结构最大地震响应的持时指标与强度指标的相关性进行了分析，并且研究了地震动持时对不同周期SDOF体系滞回总耗能的影响。结果表明，在对结构进行考虑地震动持时特性的动力分析时，宜选取 CAV强度指标，而长持时地震动对长周期结构的滞回耗能影响显著。
　　（3）为调查地震动持时对结构抗倒塌能力评估的影响程度，建立多层RC框架-填充墙结构模型，分别以基于规范谱拟合的30条人工地震动记录与谱匹配后的60条天然地震动记录为输入，评估了两种情况下多层RC框架-填充墙结构的抗倒塌能力。结果表明，当地震动强度水平相同时，较长持时的记录可使结构产生较大的层间位移和较高的倒塌概率，并且随着重要持时的增加，结构的抗倒塌能力呈降低趋势。人工地震动和天然地震动记录作用下，持时对结构残余变形的影响不尽相同。
　　（4）为体现梁柱节点区可能的变形模式对结构非线性变形程度的影响，选择一6层钢筋混凝土框架-填充墙结构作为算例，分别建立其梁柱节点区不考虑非弹性变形、考虑钢筋粘结滑移以及钢筋粘结滑移和剪切变形同时发生三种工况所对应的有限元模型。以长、短持时两组地震动记录为输入，研究了地震动持时对考虑梁柱节点区不同破坏模式RC框架的地震易损性、可修复性以及抗倒塌能力评估的影响。结果表明，长持时地震动记录会使结构在各损伤极限状态的超越概率以及倒塌概率均明显增大，并且节点区非弹性变形越明显，其增幅越大。
　　（5）为探究不同地震动持时定义指标对 RC框架结构地震响应的影响，对一6层钢筋混凝土框架结构的有限元模型，以按括号持时和5-95%重要持时两种分析指标截取的地震动记录为输入，分析了不同地震动强度水平下结构的非线性响应以及滞回总耗能。结果表明，相对于5-95%重要持时定义指标，括号持时指标会低估结构的残余变形；并且相同的地震动强度下，5-95%重要持时定义指标对应的截取记录段使结构进入非线性变形的程度较大。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文主要研究内容与技术路线

第2章 地震动持时的影响因素及其预测方程

2.1 引言

2.2 地震动持时的定义方法

2.3 影响地震动持时的相关因素

2.4 地震动持时预测方程

2.5 本章小结

第3章 地震动持时对单自由度体系地震响应的影响

3.1 引言

3.2 SDOF体系模型

3.3 地震动的选取与处理

3.4强度、持时指标与结构响应的相关性

3.5 滞回总耗能分析

3.6持时与滞回总能量的相关性

3.7 本章小结

第4章 地震动持时对RC框架填充墙结构抗震性能的影响

4.1 引言

4.2考虑平面内与平面外相互作用的填充墙模型

4.3 基于人工地震动的持时影响

4.4基于天然地震动的持时影响

4.5 本章小结

第5章 地震动持时对考虑梁柱节点区不同破坏模式RC框架地震响应的影响

5.1 引言

5.2 梁柱节点区不同破坏模式的划分及模拟

5.3 地震易损性分析

5.4震后可修复性评价

5.5 抗整体性倒塌能力评估

5.6 本章小结

第6章 不同地震动持时指标对RC框架结构抗震性能的影响

6.1 引言

6.2 结构地震响应分析

6.3地震易损性分析及抗倒塌能力评估

6.4 周期调整系数与变异系数

6.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间获得奖励及参与科研项目