不同强柱弱梁级差系数对7度区空间框架抗震性能的影响

论文摘要

研究与经验表明,结构在实际地震作用下处于复杂的受力状态,而以往大多数研究是基于平面分析模型。骆文进的论文分析表明,按抗震规范GB50011-2001设计的8度0.2g区空间框架梁柱级差系数的取值偏小,骆文进在其论文中经过比较分析给出了8度区框架在双向地震下的合理建议值。王建辉的论文分析表明,按抗震规范GB50011-2001设计的7度区空间框架梁柱级差系数的取值偏小,但没有给出合理的建议值。本文将针对此问题进行系统性研究。首先,本文严格按照规范GB50011-2010设计了7度0.1g区和0.15g区各一个典型的三级钢筋混凝土空间框架（编号分别为A2和B2）,利用SAP2000进行内力计算,自编程序进行配筋,在OpenSees中对结构进行大震下的非线性分析（分X向输入大分量和Y向输入大分量）。然后对结构的整体反映规律（顶点侧移、层间侧移角、基底剪力）和局部反应规律（钢筋纤维应变、混凝土纤维应变、杆端转角、出铰率及延性等）进行分析。基于这些反应规律,对框架的底层柱底弯矩增大系数和上层柱端的级差系数进行组合调整,0.1g区和0.15g区各再得到5个不同柱配筋的典型框架（分别为框架A1,A3A6和B1,B3B6）。通过分析这些框架在大震下的响应评价,提出比较合理的梁柱级差系数取值。最后,本文考查了按抗震规范GB50011-2001设计的7度区空间框架A1和B1在汶川地震波作用下的超烈度反应。通过上述分析,本文得出了如下主要结论:①严格按抗震规范GB50011-2010对梁柱弯矩增强系数的要求设计的7度0.1g区的框架A2在大部分地震波作用下能保持较好的抗震性能,但在部分波作用下仍然会出现“层侧移现象”。通过对6种组合系数下框架抗震性能的比较,框架A6（底层柱底的柱端弯矩增大系数为1.5,上部各楼层的柱端弯矩增大系数为1.6）的抗震效果为最佳。②严格按抗震规范GB50011-2010对梁柱弯矩增强系数的要求设计的7度0.15g区的框架B2在较多地震波作用下层间位移角超过了框架结构弹塑性限值,且出现了“层侧移现象”。通过对6种组合系数下框架抗震性能的比较,框架B5（底层柱底的梁柱弯矩增大系数为1.5,上部各层的梁柱弯矩增大系数为1.8）的抗震效果为最佳。③综观0.1g区框架A1和0.15g区框架B1的地震反应规律可知,柱端弯矩增大系数的改变对顶点最大位移基本没什么影响。④按抗震规范GB50011-2001设计的7度0.1g区框架A1和7度0.15g区框架B1在大震下均主要在柱端出铰,而梁端出铰很少,形成的是“柱铰耗能机制”。这与汶川地震中框架结构基本出现的是“强梁弱柱”震害现象是一致的。⑤由两7度区空间框架在汶川波超烈度作用下的非线性反应可知,7度0.1g区框架A1的非线性反应极大,出现了框架整体偏向一侧的异常情况,表明框架已明显失效。7度0.15g区框架B1的非线性反应也较大,框架处于危险状态。框架A1和B1在汶川地震波的超烈度作用下梁端塑性铰数量均非常少,基本是柱端塑性铰参与耗能,这与汶川地震后的震害调查结论是一致的。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 结构抗震的基本思路
• 1.2 分析模型的对比
• 1.3 强柱弱梁级差系数
• 1.4 影响级差系数的因素
• 1.5 我国规范的梁柱级差系数规定
• 1.6 本文的研究背景
• 1.7 本文的主要内容
• 1.8 本文工作量
• 2 OPENSEES 程序介绍
• 2.1 OPENSEES 程序概述
• 2.2 本文所用的模型的阐述
• 2.2.1 OPENSEES 程序中纤维模型的实现
• 2.2.2 OPENSEES 程序中柔度法的实现
• 2.2.3 材料的本构关系
• 3 原始空间框架的设计
• 3.1 原始框架的设计方案
• 3.2 SAP2000 建模说明
• 3.3 内力计算
• 3.4 截面的配筋说明
• 3.5 其它框架的系数选取
• 4 弹塑性分析的前期准备工作
• 4.1 建立弹塑性分析模型
• 4.1.1 模型参数的平均值
• 4.1.2 本构模型中混凝土参数
• 4.1.3 本构模型中的钢筋参数
• 4.1.4 构件的抗扭刚度取值
• 4.1.5 结构的荷载与质量
• 4.1.6 阻尼系数取值
• 4.2 地震波的输入与选波方法
• 4.2.1 双向地震波的输入
• 4.2.2 选波方法及本文采用的地震波
• 4.2.3 地震波参数
• 4.3 纤维截面的应力、应变输出
• 4.4 梁柱屈服的判断依据
• 4.5 本文采用的数值方法
• 5 7度0.1g 区空间框架的弹塑性分析
• 5.1 空间框架性能的评价方法
• 5.1.1 有关编号的说明
• 5.1.2 空间框架抗震性能的评价方法
• 5.2 空间框架A1 在大震下的反应规律
• 5.2.1 顶点位移反应规律
• 5.2.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.2.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.2.4 梁柱纤维应变
• 5.2.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.2.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.2.7 对框架A1 非线性反应的评价
• 5.3 空间框架A2 在大震下的反应规律
• 5.3.1 顶点位移反应规律
• 5.3.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.3.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.3.4 梁柱纤维应变
• 5.3.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.3.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.3.7 对框架A2 非线性反应的评价
• 5.4 空间框架A3 在大震下的反应规律
• 5.4.1 顶点位移反应规律
• 5.4.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.4.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.4.4 梁柱纤维应变
• 5.4.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.4.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.4.7 对框架A3 非线性反应的评价
• 5.5 空间框架A4 在大震下的反应规律
• 5.5.1 顶点位移反应规律
• 5.5.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.5.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.5.4 梁柱纤维应变
• 5.5.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.5.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.5.7 对框架A4 非线性反应的评价
• 5.6 空间框架A5 在大震下的反应规律
• 5.6.1 顶点位移反应规律
• 5.6.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.6.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.6.4 梁柱纤维应变
• 5.6.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.6.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.6.7 对框架A5 非线性反应的评价
• 5.7 空间框架A6 在大震下的反应规律
• 5.7.1 顶点位移反应规律
• 5.7.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 5.7.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 5.7.4 梁柱纤维应变
• 5.7.5 杆端出铰率、层累积转角
• 5.7.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 5.7.7 对框架A6 非线性反应的评价
• A6 在大震下的反应规律'>5.8 7度0.1g 区空间框架A1^A6 在大震下的反应规律
• 6 7 度0.15g 区空间框架的弹塑性分析
• 6.1 有关编号的说明
• 6.2 空间框架B1 在大震下的反应规律
• 6.2.1 顶点位移反应规律
• 6.2.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.2.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.2.4 梁柱纤维应变
• 6.2.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.2.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.2.7 对框架B1 非线性反应的评价
• 6.3 空间框架B2 在大震下的反应规律
• 6.3.1 顶点位移反应规律
• 6.3.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.3.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.3.4 梁柱纤维应变
• 6.3.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.3.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.3.7 对框架B2 非线性反应的评价
• 6.4 空间框架B3 在大震下的反应规律
• 6.4.1 顶点位移反应规律
• 6.4.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.4.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.4.4 梁柱纤维应变
• 6.4.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.4.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.4.7 对框架B3 非线性反应的评价
• 6.5 空间框架B4 在大震下的反应规律
• 6.5.1 顶点位移反应规律
• 6.5.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.5.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.5.4 梁柱纤维应变
• 6.5.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.5.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.5.7 对框架B4 非线性反应的评价
• 6.6 空间框架B5 在大震下的反应规律
• 6.6.1 顶点位移反应规律
• 6.6.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.6.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.6.4 梁柱纤维应变
• 6.6.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.6.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.6.7 对框架B5 非线性反应的评价
• 6.7 空间框架B6 在大震下的反应规律
• 6.7.1 顶点位移反应规律
• 6.7.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 6.7.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 6.7.4 梁柱纤维应变
• 6.7.5 杆端出铰率、层累积转角
• 6.7.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 6.7.7 对框架B6 非线性反应的评价
• B6 在7 度0.15g 区的反应规律'>6.8 空间框架B1^B6 在7 度0.15g 区的反应规律
• 7 我国7 度区空间框架在超烈度作用下的弹塑性动力分析
• 7.1 汶川地震波的介绍
• 7.2 空间框架在汶川地震波作用下的反应规律
• 7.2.1 顶点位移反应规律
• 7.2.2 层侧移、层间位移角反应规律
• 7.2.3 基底剪力-底层侧移滞回曲线
• 7.2.4 梁柱纤维应变
• 7.2.5 杆端出铰率、层累积转角
• 7.2.6 杆端最大转角、转角延性需求
• 7.2.7 对汶川地震波作用下框架非线性反应的评价
• 8 结论与展望
• 8.1 本文的主要结论
• 8.2 对后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 7 度0.1g 区框架梁柱配筋
• B. 7 度0.15g 区框架梁柱配筋
• C. 本文所用地震波加速度时程
• D. 框架A1 相关分析图表
• E. 框架A2 相关分析图表
• F. 框架B1 相关分析图表
• G. 框架B2 相关分析图表
• H. 框架B3 相关分析图表
• I. 框架B4 相关分析图表
• J. 框架 B5 相关分析图表
• K. 框架 B6 相关分析图表
• L. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录