近断层地震作用下钢筋混凝土框剪结构非线性动力分析

摘要

地震被认为是建筑结构损伤乃至破坏的重要原因之一，而地震发生的近断层区更是震害极为严重的地区，现阶段通常的做法是不在近断层区域修建大型土木结构，但由于各种原因工程结构时常不得不修建于近断层区域，因此近断层区域的工程抗震问题显得极为重要。框架与剪力墙结合的框剪结构为现阶段高层中常用的结构形式之一，它将剪力墙结构与框架结构有机的结合起来，具有框架结构和剪力墙结构各自所没有的优点，研究这种结构在近断层地震作用下的响应问题十分必要。本文使用SAP2000大型有限元程序对框剪结构的抗震性能进行了系统的研究，主要研究内容如下： （1）本文使用大型有限元程序SAP2000建立符合我国现行规范的钢筋混凝土框剪结构模型，并对结构的参数进行合理选取，为考虑钢筋混凝土框剪结构的塑性，模型中加入了塑性铰，并使用非线性材料本构对材料进行模拟。为保证结构模型建立的正确性，对模型进行了模态分析和反应谱分析，通过对振型和反应谱位移的分析发现：振型模态和振型频率均符合规范要求，反应谱最大位移在规范限制值以内。 （2）为比较近断层地震动和非近断层地震动对框剪结构地震反应的影响，分别使用非近断层地震动和近断层地震动在多遇地震强度和罕遇地震强度条件下对框剪结构进行时程分析，通过分析两者的结果发现：本文建立的框剪结构近断层地震动和非近断层作用下最大层间角均能满足规范要求；在多遇地震强度条件下，非近断层地震动和近断层地震动地震反应并无显著差异；在罕遇地震强度条件下，两者差异明显，近断层地震动作用下层间角明显较大，已经接近规范限制值。 （3）为进一步确定近断层地震动中速度脉冲对框剪结构的影响，将近断层地震中速度脉冲进行过滤，进而将近断层地震动余量输入结构。通过比较近断层地震动与近断层地震动余量结构反应之间差异发现：近断层地震动在去掉速度脉冲后结构的最大位移和最大层间角明显变小，由速度脉冲所带来的位移方向性效应消失，这可以进一步说明近断层地震动所产生巨大破坏性的重要原因是近断层速度脉冲。 （4）对比框剪结构在近断层地震动和非近断层地震动下的地震响应发现：近断层地震动由于其存在速度脉冲，会在结构相应方向引起明显的位移脉冲，将近断层地震动调整为罕遇地震后，位移脉冲的峰值变大、数量增多。因此为减少结构由于近断层作用而产生的位移响应，本文提出在框剪结构布置剪力墙时，除了要按照“均匀、对称、分散”的布置原则，还要适当考虑近断层作用的影响。 本文通过对框剪结构在近断层地震动、非近断层地震动和近断层地震动余量作用下的地震响应进行分析，进而阐明近断层地震动破坏性较普通地震巨大很多。通过分析近断层地震动对结构损伤的原因，说明近断层速度脉冲对结构的危害性，并通过对速度脉冲的分析得出，在近断层地震动的速度脉冲方向框剪结构的位移响应会存在一个到数个明显的位移脉冲，且位移脉冲的强度随着地震动强度的增加而增加。通过以上分析，力求今后在近断层区域修建框剪结构时，考虑近断层速度脉冲的破坏性特点，合理的布置剪力墙，以抵抗速度脉冲的影响。

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