不对称异形柱框架结构的抗震性能研究及弹塑性分析

摘要

本文的研究主要包含两个方面，首先是对不对称异形柱框架结构在多维地震作用下的反应进行了分析，然后在此基础上对异形柱框架结构进行了弹塑性分析，对其梁柱在地震作用下的破坏机制进行了研究。
　　 对于异形柱结构，许多学者都做了大量的研究，但无论是试验研究还是模拟研究，大多都只考虑了地震动的水平分量，而实际上地震动共有六个分量，即三个平动分量和三个转动分量。本文首先即对抗震更为不利的不对称异形柱框架在考虑扭转分量的多维地震作用下的抗震性能进行了分析。本文建立了不对称的等肢和不等肢等多种异形柱框架结构的有限元模型，对结构在单向地震作用，双向地震作用，双向及扭转地震作用下的地震反应进行了分析。得出，与单向地震作用相比，多维地震动作用下，结构的位移反应更大，与对称结构相比，结构的位移也明显增大，对于角柱和不对称的建筑物结构转换处的异形柱还应注意地震波扭转效应的影响。不对称结构中附属结构与主体结构在地震作用下位移不同步且位移发展方向相反，在主体结构与附属结构的连接处容易产生破坏。
　　 框架结构抗震设计最期望的框架失效机制是梁铰屈服机制。梁首先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力。但是在汶川地震中许多学者却发现地震中破坏的框架结构很少能出现设计中所要求的梁铰破坏机制，而许多框架都是在柱端出现了严重的破坏，甚至有节点区破坏的情况。本文就结合汶川地震中框架破坏的实际情况在第一部分所做研究的基础上对有楼板和无楼板两种异形柱框架在多维地震作用下进行了分析。得出由于楼板的存在，梁的强度得到了很大的增强，使得设计中所要求的“强柱弱梁”的屈服机制难以实现。汶川地震中框架结构的实际破坏形式也证明了这一点。按传统的“强柱弱梁”抗震理念设计出的结构在地震中往往会产生“强梁弱柱”的破坏效果。