钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能及性能设计方法研究

摘要

该文将研究异形柱框架结构的抗震性能及基于位移的抗震设计方法.完成了以下主要工作:(1)对钢筋混凝土异形柱框架结构1/2比例模型进行了拟静力试验;研究了这种结构在地震作用下的受力特点、变形能力、耗能能力以及破坏机理等;分析比较了由异形柱组成的框架与单个异形柱在延性方面的差别,以及异形柱框架与砌体填充墙之间的相互作用及其对结构水平承载力和侧向刚度的影响;对异形柱框架结构的抗震性能进行了评价.(2)对异形柱框架结构的侧向刚度和水平承载力的计算方法进行了分析研究.对异形柱框架分别按普通框架和壁式框架进行分析,并与空间有限元分析结果和试验结果进行比较,提出了异形柱框架结构侧向刚度的计算方法;在整体结构不产生扭转且异形柱为弯曲破坏的假定下,提出了异形柱的受弯承载力及受剪承载力计算公式;提出了根据异形柱框架结构的破坏机构确定其楼层受剪承载力的方法.(3)对静力弹塑性分析方法(Pushover Analysis)进行了分析研究.根据结构动力学原理,提出了首先按各振型的水平地震力进行推覆分析,然后将各振型的推覆分析结果进行组合,得到总地震作用效应.此法适用于多、高层建筑结构的静力弹塑性分析,是对目前通用方法的一种改进.(4)将基于性能的设计思想引入异形柱框架结构体系的设计方法中.结合中国建筑结构抗震设计实际,提出了实用的基于位移的抗震设计方法.为了与中国建筑抗震设计规范的设防目标相协调,并便于在设计计算中予以控制,该文将建筑结构的功能划分为三个水平,即使用良好、人身安全和防止倒塌,并采用层间位移角限值来量化框架结构的功能水平.用作用倒三角形水平分布荷载的等截面悬臂柱的侧移曲线作为框架结构的侧移模式,并依此确定等效单自由度体系的等效参数,进而确定原结构的基底剪力和各质点的水平地震作用.用静力弹塑性分析方法对结构进行分析,校核结构的侧移形状并评价构件的变形及强度需求,最后用弹塑性动力时程分析加以验证.算例分析表明,该文方法简单实用,便于操作,而且能够控制结构在不同强度水准下的行为.

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1异形柱框架结构的研究背景

1.2国内外研究现状分析

1.2.1异形柱框轻结构体系的研究

1.2.2基于性能的抗震设计理论和方法的研究

1.3本文的主要工作

参考文献

第2章异形柱框架结构抗震性能的试验研究

2.1试验概况

2.1.1模型设计与制作

2.1.2加载及测试方案

2.2试验结果及分析

2.2.1异形柱框架试验结果

2.2.2填充墙异形柱框架试验结果

2.3试验结果分析

2.3.1异形柱破坏形态

2.3.2填充墙的破坏机理

2.3.3异形柱空框架与混凝土小型砌块填充墙框架破坏形态的比较

2.3.4混凝土小型空心砌块填充墙异形柱框架与普通实心砖填充墙框架破坏形态的比较

2.4滞回曲线及骨架曲线

2.4.1滞回曲线

2.4.2骨架曲线

2.5变形能力

2.5.1框架结构骨架曲线屈服点的确定

2.5.2位移延性系数

2.5.3层间变形能力

2.6小结

参考文献

第3章异形柱框架结构的侧向刚度分析

3.1概述

3.2弹性侧向刚度分析

3.2.1空间有限元计算模型

3.2.2平面杆单元计算模型

3.2.3异形柱框架弹性侧向刚度计算结果的比较及异形柱截面受力性能分析

3.3弹性侧向刚度的简化计算

3.3.1异形柱框架结构

3.3.2填充墙异形柱框架结构

3.3.3异形柱框架试验结果与理论计算结果的比较

3.4异形柱框架结构层刚度衰减过程分析

3.5 小结

参考文献

第4章异形柱框架结构的水平承载力分析

4.1概述

4.2楼层受剪承载力的计算

4.2.1异形截面柱正截面受弯承载力

4.2.2异形柱框架结构楼层受剪承载力

4.2.3算例及其分析

4.3小结

参考文献

第5章异形柱框架结构的计算模型

5.1异形柱框架结构构件的恢复力模型

5.1.1屈服弯矩和屈服曲率

5.1.2极限弯矩和极限曲率

5.2异形柱框架结构构件屈服面模型

参考文献

第6章静力弹塑性分析方法

6.1 引言

6.2单自由度弹性体系的地震反应

6.3多自由度弹性体系的地震反应及Pushover分析

6.3.1多自由度弹性体系的地震反应分析

6.3.2弹性静力分析(Pushover分析)

6.4多自由度非弹性体系的地震反应及Pushover分析

6.4.1多自由度非弹性体系的地震反应分析

6.4.2非弹性位移反应谱

6.4.3多自由度非弹性体系的Pushover分析

6.5静力弹塑性分析方法可靠性的验证

6.6算例及其分析

6.7小结

参考文献

第7章钢筋混凝土异形柱框架结构基于位移的抗震设计

7.1引言

7.2建筑结构的功能水平及其量化

7.3框架结构的侧移模式

7.4等效单自由度体系的等效参数

7.5目标位移及位移反应谱

7.5.1目标位移的确定

7.5.2位移反应谱

7.6设计步骤

7.7算例及其分析

7.8小结

参考文献

第8章结论

攻读博士论文期间论文发表情况

致谢