钢筋混凝土结构抗震能力评估研究

论文摘要

我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，因此对新建和既有建筑是否具有足够的抗震能力十分重视。钢筋混凝土结构是目前我国建筑结构的主要型式，其抗震能力是保障人民生命财产安全的重要指标。大量既有钢筋混凝土结构原设计的依据标准过低，加之耐久性及结构已有损伤等因素的影响，如何评估建筑结构的抗震能力成了非常重要的课题，迫切需要发展一套方法来定量评估抗震能力，使得抗震能力不足的建筑结构能及早加固或拆除。本文的目的就是结合我国最新的建筑工程抗震性态设计通则和现行建筑抗震设计规范、混凝土结构设计规范以及抗震设防标准，提供一套评估钢筋混凝土建筑结构抗震能力的定量方法。本文的工作主要包括以下几个方面：1．根据我国最新的建筑工程抗震性态设计通则、现行建筑抗震设计规范、混凝土结构设计规范及抗震设防标准，借鉴结构强度与延性的抗震评估理念，建立了一套基于强度与延性抗震评估理念与中国规范相结合的钢筋混凝土结构抗震评估体系。评估结果的表示参照美国ATC3-06的抗震能力比的表示方式，以崩塌地面运动加速度Ac表示结构的抗震能力。本文利用ETABS软件计算结构的弹性地震内力，根据建筑结构实际构件的尺寸和配筋计算钢筋混凝土单元的强度与延性，研究了评估钢筋混凝土框架结构和含剪力墙框架结构的抗震能力的定量方法。在计算出建筑结构各楼层上、下半层的抗震能力即破坏时承受的地面运动加速度Ac后，将其与目标地震加速度相比较，判断建筑结构各楼层的抗震能力是否满足要求。在评估既有建筑结构的抗震能力时，根据我国最新的建筑工程抗震性态设计通则，本文考虑了建筑结构的剩余使用寿命、地震危险性特征分区以及不同设防水准的超越概率等因素，使评估既有建筑结构是否满足抗震设防要求的地面运动地震加速度标准更趋合理。2．基于强度与延性的抗震评估理念及钢筋混凝土结构理论，实现了对钢筋混凝土结构单元抗震能力的评估，建立了对薄弱楼层、薄弱单元的抗震加固分析体系。本文关于钢筋混凝土结构单元的薄弱环节分析，是在钢筋混凝土结构抗震能力评估之后进行的。根据计算出的钢筋混凝土单元的承载力，评估单元弹性和塑性极限，并结合单元在目标地震作用下的受力，评估单元在目标地震作用下的受力状态，在此基础上判断单元是否为薄弱单元。本文给出了薄弱楼层和薄弱单元的判断标准，并确定了结构单元加固的合理目标及加固顺序，提供了对加固后的结构进行评估的简便方法，以检验楼层、单元加固的合理性。3．利用VC++语言编制分析计算软件程序。计算程序共分前处理、抗震能力评估、薄弱楼层及薄弱单元分析与加固、简化能力谱方法四个模块，各模块既相互独立又可组成一个有机体。抗震评估模块实现了对钢筋混凝土框架结构和含剪力墙框架结构进行抗震能力的定量评估，薄弱楼层、薄弱单元分析与加固模块实现了对结构薄弱层、薄弱单元的分析判断以及加固后结构抗震能力的分析评估。简化能力谱方法模块是基于性态的抗震能力评估方法，基于使用上的方便而将其整合在同一软件平台上。本文根据钢筋混凝土抗震评估分析理论编制的程序，除可定量评估建筑结构抗震能力外，还可从评估结果了解造成抗震能力不足的原因。该评估计算软件界面友好，操作简便，为抗震评估和加固方法的推广应用提供了良好前景。4．利用基于性态的能力谱抗震能力评估理念，对建筑结构进行非线性静力分析，探讨了适合对既有钢筋混凝土结构进行抗震评估简化的能力谱方法。本文探讨的方法不是根据需求谱与能力谱有无交点（性能点）作为评估依据，而是以能力谱为根据求出既有建筑物相应的抗震能力，并与地震需求相比较，判断既有建筑物的抗震能力是否达到要求。该方法能给出在地震作用下结构的延性发展，以及在不同延性状态下建筑物的抗震能力。同时，利用VC++语言编制了计算软件程序，实现了对既有钢筋混凝土结构进行简化能力谱方法的抗震评估，并为该评估方法的实际应用提供了方便条件。5．运用基于强度与延性的钢筋混凝土结构抗震能力评估方法对广西防震减灾指挥中心大楼、广西南宁市广播电视技术大楼和南宁市新屋小学教学楼的抗震能力进行了实例分析评估，检验了本文提出的理论方法及编制的计算程序的合理性及实用性，同时对评估结果进行了分析。在南宁市新屋小学教学楼工程算例中，同时采用了简化的能力谱法对结构进行了分析，通过对比两种评估方法得到的结果，可以发现基于强度与延性的评估法和简化的能力谱法的评估结果基本一致，而且符合建筑结构抗震能力的实际。因此，对既有建筑结构的抗震能力评估，基于强度与延性方法和简化的能力谱法都是有效的评估方法。本文还对南宁市新屋小学教学楼工程进行了薄弱环节分析及加固实例分析，并且运用能力谱方法对加固前后建筑结构抗震能力进行了评估，通过对比分析验证了本文加固评估理论的有效性及合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的选题背景和意义
• 1.2 影响建筑结构抗震能力的主要因素
• 1.3 国外建筑结构抗震能力评估研究
• 1.4 国内建筑结构抗震能力评估方法及研究进展
• 1.5 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 基于强度与延性的钢筋混凝土结构抗震能力评估
• 2.1 概述
• 2.2 结构的强度
• 2.3 结构的延性
• 2.3.1 延性的基本概念
• 2.3.2 延性指标
• 2.3.3 延性、位移延性系数与变形能力三者之间的区别与联系
• 2.4 ETABS简介
• 2.5 抗震能力及其评估指标
• 2.5.1 抗震能力和抗震性能的区别
• 2.5.2 抗震能力的评估指标
• 2.6 基于强度与延性的钢筋混凝土结构抗震能力评估
• 2.6.1 抗震能力评估方法的基本假定和基本思路
• 2.6.2 结构弹性地震分析
• 2.6.3 结构破坏模式及延性比分析
• 2.6.4 节点强度比较、柱承担剪力及延性
• 2.6.5 各半层的屈服地面运动加速度
• 2.6.6 结构系统地震作用折减系数
• 2.6.7 框架结构各半层屈服地面运动加速度及抗震能力
• 2.6.8 含剪力墙框架结构抗震能力评估
• 2.6.9 考虑结构缺陷的影响
• 2.6.10 结构抗震重要性系数
• 2.6.11 建筑结构抗震能力的判定标准
• 2.7 建筑结构抗震能力评估的实施步骤
• 2.8 本章小结
• 参考文献
• 第三章 基于强度与延性的钢筋混凝土结构抗震能力评估程序 EAC-RC的编制
• 3.1 概述
• 3.2 开发策略与总体设计
• 3.2.1 程序功能分析
• 3.2.2 程序的编制
• 3.3 程序的层次结构和详细逻辑设计
• 3.3.1 程序的层次结构
• 3.3.2 程序的详细逻辑设计
• 3.4 结构抗震能力评估
• 3.4.1 框架结构抗震能力评估流程
• 3.4.2 含剪力墙结构抗震能力评估流程
• 3.4.3 框架内力前处理
• 3.4.4 剪力墙内力前处理模块
• 3.4.5 框架结构抗震能力评估
• 3.4.6 含剪力墙结构抗震能力评估
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结构薄弱环节分析与抗震加固评估
• 4.1 概述
• 4.2 单元薄弱环节分析
• 4.2.1 不同地震作用下结构单元受力状态分析
• 4.2.2 薄弱单元的判断
• 4.3 结构加固
• 4.3.1 选择加固楼层
• 4.3.2 选择加固单元
• 4.3.3 楼层的补强
• 4.4 加固后薄弱楼层的抗震能力评估
• 4.5 薄弱层和薄弱单元分析及抗震加固的软件实现
• 4.5.1 程序功能分析
• 4.5.2 程序的层次结构
• 4.6 既有建筑结构薄弱环节分析及抗震加固评估实施步骤
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 钢筋混凝土结构抗震能力评估的简化能力谱方法
• 5.1 概述
• 5.2 现有的能力谱方法评述
• 5.3 本文探讨的简化能力谱方法
• 5.3.1 弹塑性分析（Pushover分析）
• 5.3.2 建立能力谱
• 5.3.3 等效阻尼对需求谱的折减
• 5.3.4 考虑延性系数对弹性谱的折减
• 5.3.5 基于延性的弹塑性需求谱
• 5.3.6 既有建筑结构抗震能力简化能力谱方法的评估步骤
• 5.4 简化能力谱方法抗震能力评估的软件实现
• 5.4.1 计算程序编制
• 5.4.2 评估软件的输入文件形式及评估结果表达
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 工程实例
• 6.1 概述
• 6.2 框架结构抗震能力评估工程实例—广西防震减灾指挥中心大楼
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 抗震设防要求及相关参数
• 6.2.3 配筋情况
• 6.2.4 结果分析
• 6.3 含剪力墙框架结构抗震能力评估实例—南宁市广播电视技术大楼
• 6.3.1 工程概况
• 6.3.2 抗震设防要求及评估参数
• 6.3.3 对建筑结构评估模型的设置
• 6.3.4 数据文件的编写
• 6.3.5 各楼层及结构单元的评估结果及其分析
• 6.4 结构薄弱环节分析和抗震加固评估实例—南宁市新屋小学教学楼
• 6.4.1 工程概况
• 6.4.2 抗震设防要求及相关参数
• 6.4.3 基于强度与延性方法评估结果分析
• 6.4.4 结构薄弱单元分析与抗震加固评估
• 6.4.5 简化能力谱法的评估结果
• 6.4.6 两种不同方法评估结果的比较
• 6.5 从实例分析建筑结构抗震能力的特点及影响因素
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 问题及展望
• 附录 钢筋混凝土结构抗震能力评估工程实例数据文件
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研成果情况