地震作用下钢筋混凝土框架结构残余位移响应研究

摘要

随着基于性能地震工程的发展，要求进行不同地震激励水平下的结构抗震性能评价,但现有的分析方法大多利用地震下的瞬时响应和累计能量耗散作为主要性能指标，特别是结构整体层次和构件层次下的最大位移和延性能力。而总结以往的震害调查、振动台实验以及数值分析等结果可以发现，即使是按现行规范设计的大多数建筑结构在设防地震或者更大强度地震之后会产生整体的或者局部的残余变形。若结构的残余变形达到静力初始倒塌界限，则会引起建筑结构部分或整体功能失效。对承受余震或二次地震而言，结构的震后残余变形则相当于是一种初始缺陷，更容易使结构产生更大的损伤甚至倒塌。另外，由于残余变形导致结构几何位置的改变，从而需要对其部分非结构构件进行维修和替换，因此残余变形也可以作为震后结构可用性及可修性评价的一个指标。所以，对建筑结构的残余变形指标进行研究是具有一定的积极意义。
　　本文首先基于前人的大量研究，总结了残余变形指标与基于性能的地震工程之间的关系,残余变形的定义形式、影响因素、包括残余变形在内的性能评价水平和方法、历史数据和宏观描述以及其时程分析的准确性等残余变形的相关问题研究；然后通过P KP M软件对一6层钢筋混凝土框架结构进行了建模分析，选取其中一榀框架基于OpenSees进行建模，对数值模型进行pushover分析，并基于pushover分析结果建立其等效SDOF体系；最后，根据ATC-63计划建议的选取地震动记录的原则，选取23条地震动记录并将其调整至2个不同地震动水平，对RC平面框架结构进行弹塑性时程计算，统计分析得到RC框架结构残余层间侧移角、最大层间侧移角及它们的比值的分布规律以及3个指标的均值、方差和离散系数等。主要结论如下：
　　1. RC框架的残余层间位移角与最大层间位移角沿着楼层的分布规律类似，但残余位移响应在同一水平不同地震动下的离散性远远大于最大位移响应的离散性。
　　2.基于残余位移角的性能矩阵可以作为结构震后性能评价的一种方法，但由于其时程分析结果的离散型较大，利用基于残余位移角的性能矩阵对结构进行震前性能预估时需谨慎对待。
　　3. P-△效应对多层RC框架的最大层间位移角响应的平均放大作用并不明显，而对残余层间位移角响应的影响比较明显，在多条地震动下分析结果的离散性也较大；
　　4.多层RC框架结构的高阶模态效应对最大层间位移角和残余层间位移角响应的放大作用均比较明显，其中残余层间位移角的放大程度更大，其在多条地震动下分析的结果离散性同样也更大。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 结构残余位移相关问题国内外研究历史及现状

1.3 研究工作的主要内容

第2章 建筑结构基于性能抗震设计和残余变形相关问题总结

2.1前言

2.2 实现抗震性能设计目标规范给出的参考方法[13]

2.3 残余变形与基于性能的地震工程

2.4 结构残余变形的定义形式和影响因素

2.5 性能水平定义和性能评价方法

2.6 损伤指标和残余变形减小方法

2.7 时程分析的准确性

2.8 本章小结

第3章 RC框架pushover分析及其等效SDOF模型建立

3.1 前言

3.2 RC框架结构设计[78]

3.3 RC框架的OpenSees数值模型

3.4 RC框架的Pushover分析

3.5 等效SDOF的OpenSees数值模型的建立

3.6 本章小结

第4章 考虑残余位移的多层RC框架结构地震响应分析及放大效应研究

4.1 前言

4.2 地震动的选择与调整

4.3 RC框架时程分析与结果

4.4 RC框架基于残余层间位移角的性能矩阵

4.5放大效应

4.6 本章小结

结论与展望

主要结论

展望

参考文献

致谢

附录