剪力墻結(jié)構(gòu)和不同強(qiáng)度配筋的框架結(jié)構(gòu)非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析.pdf

1、2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步水準(zhǔn)，已把HRB400鋼筋確認(rèn)為主導(dǎo)鋼筋品種；HRB335鋼筋將逐步退出工程應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí),考慮到中國鋼材消耗量大，鐵礦資源相對(duì)貧乏的特點(diǎn)，從節(jié)約資源和國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的角度，首次推出強(qiáng)度更高的HRB500鋼筋。到目前為止，雖然已對(duì)使用HRB500鋼筋的鋼筋混凝土各類構(gòu)件的基本性能做過一定的試驗(yàn)研究，但至今對(duì)使用HRB500鋼筋的各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能仍缺乏有效的分析研究

2、成果。為彌補(bǔ)這一研究空缺，本學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)曾有研究生對(duì)分別使用HRB500、HRB400、HRB335鋼筋的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)做過初步的罕遇水準(zhǔn)輸入下非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析對(duì)比，但其初步分析結(jié)果有待進(jìn)一步核實(shí)，同時(shí)對(duì)使用3種鋼筋的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所形成的抗震性能反應(yīng)特征也有待從理論上給予討論與說明。因此，本論文第一部分將以8度0.3g區(qū)分別采用不同強(qiáng)度等級(jí)（HRB500、HRB400、HRB335）鋼筋的3個(gè)三跨八層一級(jí)抗震等級(jí)的框架作為典型結(jié)

3、構(gòu)，在該設(shè)防烈度區(qū)多條罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)輸入下完成非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析，并對(duì)其中表現(xiàn)出的規(guī)律做了進(jìn)一步對(duì)比和研究；同時(shí)還對(duì)分別選用HRB500和HRB335鋼筋的單自由度體系進(jìn)行多波輸入下的動(dòng)力推覆時(shí)程反應(yīng)分析對(duì)比。
　　通過上述分析對(duì)比工作，得出的主要結(jié)論是：隨著縱筋強(qiáng)度等級(jí)的提高，在梁、柱混凝土截面尺寸不變的前提下，構(gòu)件縱筋配筋率相應(yīng)下降，且構(gòu)件第二折線剛度相應(yīng)降低。在非彈性動(dòng)力反應(yīng)過程中，從構(gòu)件陸續(xù)進(jìn)入第二折線剛度階段開始，鋼筋

4、強(qiáng)度越高的配筋框架的側(cè)向剛度下降越快，自振周期加長越多，地震反應(yīng)下降幅度越大。同時(shí)，鋼筋強(qiáng)度越高的配筋框架屈服位移相應(yīng)越大。這兩個(gè)因素相抵，使得罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)輸入下的3個(gè)典型框架結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服以后的頂點(diǎn)側(cè)向位移值相差不大。由于鋼筋強(qiáng)度越高的配筋構(gòu)件要在更高的反應(yīng)內(nèi)力下屈服，故梁、柱端塑性鉸形成相對(duì)較晚，塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)較小，即延性需求相對(duì)偏低。
　　上述分析還表明，結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂并進(jìn)入第二折線剛度后，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)特征就將相應(yīng)發(fā)生變化

5、。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)的非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析中，合理確定各類構(gòu)件截面的開裂彎矩和第二剛度，對(duì)所獲得的非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析結(jié)果具有重要意義。這一特征應(yīng)在今后的各類非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析方法中給予足夠關(guān)注。
　　除此之外，由于到目前為止，國內(nèi)有關(guān)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)，特別是重慶大學(xué)土木工程學(xué)院的有關(guān)團(tuán)隊(duì)，曾對(duì)嚴(yán)格按中國規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)做過在罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)輸入下的非彈性動(dòng)力反應(yīng)系列分析，但尚缺乏在我國各地高層

6、住宅建筑中使用面最廣的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析研究。為了彌補(bǔ)這一缺口，本論文第二部分從目前常用的這類結(jié)構(gòu)中提取出經(jīng)模型化處理后的典型結(jié)構(gòu)單元，并按現(xiàn)行規(guī)范8度0.2g區(qū)二級(jí)抗震等級(jí)完成了采用這類典型結(jié)構(gòu)單元的20層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中墻肢采用細(xì)長連梁（跨高比>5.0）聯(lián)接。在該設(shè)防烈度區(qū)多條罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)輸入下完成了對(duì)這一典型結(jié)構(gòu)的非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其性能表現(xiàn)做了相對(duì)全面的評(píng)價(jià)。其中發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)在多條罕遇水準(zhǔn)地

7、面運(yùn)動(dòng)輸入下的性態(tài)反應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，抗震性能可以控制在預(yù)計(jì)的目標(biāo)范圍之內(nèi)。多數(shù)地面運(yùn)動(dòng)輸入下，結(jié)構(gòu)的塑性變形部位主要分布在中下部樓層的細(xì)長連梁端部，此部分連梁剛度退化較嚴(yán)重；剪力墻肢底部原則上未進(jìn)入屈服后狀態(tài)，墻肢剛度退化不嚴(yán)重，因此結(jié)構(gòu)整體剛度得到控制，側(cè)向位移反應(yīng)性態(tài)良好。但分析結(jié)果提請(qǐng)注意的是，在個(gè)別不利地面運(yùn)動(dòng)輸入下，緊鄰底部加強(qiáng)部位以上二至三層的部分連梁轉(zhuǎn)角延性需求很大，很可能超過細(xì)長連梁的變形能力，使構(gòu)件損壞嚴(yán)重。另外，在部分罕

8、遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)的激勵(lì)下，中下部樓層或底部樓層剪力墻墻肢中的作用剪力與通過強(qiáng)剪弱彎措施所增大的組合剪力相比偏大較多，可能導(dǎo)致部分剪力墻肢的剪切失效。
　　除此之外，分析得出的剪力墻結(jié)構(gòu)主要抗震性能還有：
　?、偌袅Y(jié)構(gòu)在多條罕遇水準(zhǔn)的地面運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下的各層側(cè)移沿高度呈彎剪型分布。層間位移角沿樓層高度的分布規(guī)律是下部樓層略小，中下部樓層最大，上部樓層逐漸減小。非彈性有害層間位移角沿樓層的分布規(guī)律是中下部樓層較大，上部樓層逐漸減小

9、。有害層間位移角大致在0.1％~0.3%，最大的有害層間位移角在大部分地面運(yùn)動(dòng)輸入下出現(xiàn)在第二層。
　　②連梁的內(nèi)力沿高度分布規(guī)律是下部樓層偏小，中下部樓層最大，上部樓層逐漸減小。這一規(guī)律與梁端塑性鉸分布情況及其延性需求變化規(guī)律相符。各墻肢的剪力沿樓層分布規(guī)律是下部樓層偏小，中下部樓層最大，上部樓層更小。
　　③在個(gè)別罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)作用下，緊鄰底部加強(qiáng)部位上一層的墻肢出現(xiàn)屈服。這表明2010抗震規(guī)范第6.2.7條剪力墻底部