宽柱双梁框架结构基于性能的抗震设计方法研究

摘要

宽柱双梁框架结构作为一种新型的结构加固体系，可广泛应用于砌体结构或混凝土结构的建筑物改造中，尤其多用于小空间变大空间的空间扩展改造项目中。21世纪以来，我国发生了多次重大地震，造成大量人员伤亡、经济损失严重。地震具有很多不确定性。结构在使用期限内可能会遭遇多种强度地震，而有些特大地震将会给人类带来不可预计的经济损失，因而深入研究结构的抗震性能及性能化抗震设计方法迫在眉睫。
　　本文以课题组研究的宽柱双梁框架结构试验模型为研究对象，用OpenSEES软件对结构模型进行三维有限元数值模拟分析。以获得该结构模型在EL-Centro波地震作用下的位移反应、加速度反应和剪力变化，并将有限元模拟数值与课题组试验值进行对比分析。通过对课题组结构试验进行破坏形态和层间位移角分析，在继续沿用规范中三水准设防目标的基础上，提出了宽柱双梁框架结构的性能水平、性能目标以及其量化指标（层间位移角限值），其中结构性能水平是根据其破坏形态来定义的。在抗震规范中，各类结构的弹塑性层间位移角限值是通过求取试验结果与有限元数值模拟结果的平均值确定的。而在本文中，将采用规范中所提到的方法来确定宽柱双梁框架结构在不同性能水平下的层间位移角限值。
　　选取任一性能水平对宽柱双梁实体结构进行直接位移的抗震设计，通过多自由度体系转化为替代结构的等效单自由度体系，结合位移反应谱，获取结构的基底剪力。将基底剪力按照倒三角分配，然后进行内力组合，结合课题组研究的双梁夹墙组合结构的抗弯、抗剪承载力公式，对构件进行截面配筋。将基于某一性能设计的结构进行推覆分析，比较推覆曲线与能力曲线两者的关系，通过曲线间的关系判断结构是否满足性能要求，或者是否出现层间薄弱层。如果出现上述情况则应该进行修正或重新进行设计。
　　研究结果表明，直接基于位移的抗震设计方法在宽柱双梁实际工程应用上体现了良好的抗震性能，符合基于性能的抗震设计的核心思想。

目录

摘要

1．1 选题背景和意义

1．2 相关课题的研究现状

1．2．1 宽柱双梁框架体系研究现状

1．2．2 基于性能的抗震设计方法研究

1．2．3 与传统抗震设计方法的区别和联系

1．3 开源的地震工程模拟开放系统OpenSEES

1．3．1 OpenSEES特点介绍

1．3．2 OpenSEES中类的介绍

1．3．3 OpenSEES Navigator的简介

1．4 本文研究的主要内容

第2章 宽柱双梁框架结构地震下有限元模拟

2．1 宽柱双梁框架结构动力反应分析

2．1．1 概述

2．1．2 材料本构关系

2．1．3 数值分析模型的建立

2．1．4 地震波的选取

2．2 有限元计算结果与试验比较

2．2．1 位移反应

2．2．2 加速度反应

2．2．3 基底剪力

2．3 本章小结

第3章 宽柱双梁框架结构体系的抗震性能水平及性能指标量化

3．1 概述

3．2 宽柱双梁框架结构的性能水平和性能目标

3．2．1 地震设防水准

3．2．2 性能水平

3．2．3 性能目标

3．3 宽柱双梁框架结构性能指标的量化

3．3．1 钢筋混凝土框架层间位移角限值

3．3．2 宽柱双梁框架结构试验结果及有限元结果分析

3．3．3 宽柱双梁框架层问位移角限值

3．4 本章小结

第4章 宽柱双梁框架结构基于位移的抗震设计

4．1 概述

4．2 宽柱双梁框架结构直接基于位移的抗震设计方法

4．2．1 宽柱双梁框架结构目标位移的确定

4．2．2 多自由度体系的等效过程

4．2．3 位移反应谱

4．2．4 双梁夹墙组合构件受弯和受剪承载力计算

4．2．5 基于位移的抗震设计步骤

4．6 算例

4．6．1 按照“生命安全”性能水平设计

4．6．2 按照“修复后使用”性能水平校核

4．6．3 按照“接近倒塌”性能水平校核

4．7 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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