钢筋混凝土框架结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计及抗震性能研究

论文摘要

近些年的震害表明,仅仅将结构设计成“小震不坏”并不能有效地防止地震带来的巨大经济损失。而能不能将结构设计得更“强”,使其能够在设防烈度甚至罕遇地震时也可以“不坏”,从而避免更大的经济损失,也就成为研究者关心的问题;即便是对于只能设计成“小震不坏”的结构,在设防烈度和罕遇地震下的抗震性能,或者说其延性,也并没有具体的量化指标。因此研究结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计和抗震性能,不但具有理论和实用价值,对于防灾减灾也具有实际指导意义。本文在总结国内外有关研究成果的基础上,着重探讨了钢筋混凝土框架结构在设防烈度和罕遇地震下保持“不坏”的设计可能性及规律;研究了截面曲率延性的简化计算、构件的塑性铰长度取值和结构的延性简化计算方法。主要的内容和成果有以下几个方面:首先总结了国内外关于设防标准和结构、构件及截面延性研究的成果,指出有待解决的问题,并确定本文的研究方向;在详细总结国内关于易损性研究和震害预测文献的基础上,给出了本文的易损性矩阵、各种震害损失与直接经济损失的比值,并用投入—效益分析法推导了框架结构按照“小震不坏”、“中震不坏”和“大震不坏”设计时,对应的各自的目标函数表达式,通过计算给出了7度区各类建筑的等值线图;并以一个7度区钢筋混凝土框架结构办公楼为例,分别按照“小震不坏”、“中震不坏”和“大震不坏”设计了不同层数的结构,并根据等值线图,分别对4层框架与7层框架做了“小震不坏”和“中震不坏”下的投入—效益对比,以判断哪种设计方案更合理,从而说明本文方法的应用;基于一定的假设推导了考虑箍筋约束的截面曲率延性计算公式,并用试验数据加以验证,讨论了柱截面不考虑腹部钢筋对延性系数的影响,计算了柱截面延性系数随轴压比和混凝土极限压应变的变化曲线和梁截面在不同配筋率条件下的延性系数表,以便查用;分别从公式本身和对构件延性的影响角度,比较了已有的塑性铰长度经验公式的取值规律,指出各个公式在不同轴压比、剪跨比条件下的适用性,为研究人员提供参考;提出结构力-位移曲线上的两个关键点,即初始屈服点A和最终屈服点B,对应外荷载弯矩与截面屈服弯矩比值的最大、最小值;用量纲分析法确定影响结构外荷载弯矩M与屈服弯矩My,或者说影响结构延性的主要因素,讨论这些因素的取值;提出初始屈服点A和最终屈服点B对应的水平力和位移的计算方法;利用正交试验和A、B两点的计算方法,分析结构延性随各因素变化而变化的趋势,确定各影响因素对结构延性的影响排序;在各主要影响因素的变化范围内,对于每一组给定的影响因素值,都有相应的结构延性与其对应,这样可以制成表格,并回归出结构延性计算公式。最后,总结本文内容,提出有待继续研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 本文的选题背景和意义
• 1.2 国内外设防烈度和罕遇地震下结构抗震设计及抗震性能研究
• 1.2.1 结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计
• 1.2.2 结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震性能研究
• 1.3 本文将进行的工作
• 第2章 R.C框架结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计
• 2.1 概述
• 2.1.1 现有的抗震设防水准
• 2.1.2 现有抗震设防标准需提高
• 2.1.3 提高设防标准的方法
• 2.1.4 本章主要工作
• 2.2 结构的易损性矩阵
• 2.2.1 易损性分析方法概述
• 2.2.2 本文采用的易损性矩阵
• 2.3 震害损失值
• 2.3.1 关于震害损失的研究概述
• 2.3.2 本文关于震害经济损失分类
• 2.3.3 震害损失的计算
• 2.3.4 结构损失比
• 2.3.5 室内物资损失比
• 2.3.6 间接损失的估计
• 2.4 各设计方案对比分析
• 2.4.1 损失值的计算
• 2.4.2 目标函数值的比较
• 2.4.3 7度区的各方案对比分析
• 2.4.4 关于初始造价的讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 设计实例
• 3.1 不同地震作用下的水平地震影响系数最大值
• 3.2 设计工作
• 3.2.1 设计资料
• 3.2.2 设计数据准备
• 3.2.3 设计结果
• 3.2.4 造价比较
• 3.3 各设计方案对比
• 3.3.1 4层框架的比较
• 3.3.2 7层框架的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 截面的曲率延性
• 4.1 概述
• 4.2 柱截面曲率延性的计算
• 4.2.1 截面的极限状态
• 4.2.2 截面极限曲率的计算
• 4.2.3 截面的屈服
• 4.2.4 曲率延性比
• 4.2.5 关于混凝土极限压应变的讨论
• 4.3 考虑四周配筋的柱截面延性计算
• 4.3.1 屈服曲率计算
• 4.3.2 极限曲率计算
• 4.3.3 对比
• 4.4 梁截面曲率延性的计算
• 4.5 简化公式的验证
• 4.6 截面曲率延性的实用图表
• 4.7 本章小结
• 第5章 构件的位移延性
• 5.1 塑性铰长度的经验公式
• 5.2 经验公式的比较
• 5.2.1 压弯构件的塑性铰长度经验公式比较
• 5.2.2 受弯构件的塑性铰长度经验公式比较
• 5.3 与试验结果的对比
• 5.3.1 公式与试验值的比较
• 5.3.2 公式与两个常用值的比较
• 5.3.3 比较结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结构的延性计算
• 6.1 概述
• 6.2 量纲分析
• 6.2.1 量纲分析
• 6.2.2 参数取值
• 6.3 结构延性的计算方法
• 6.3.1 初始屈服点A的力和位移的确定方法
• 6.3.2 最终屈服点B的力和位移的确定方法
• 6.3.3 结构延性计算步骤
• 6.4 正交试验设计
• 6.4.1 试验设计
• 6.4.2 试验结果分析
• 6.5 结构延性计算公式
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 竖向力作用下各杆端弯矩表达式
• 附录B 水平力作用下各杆端弯矩表达式
• 附录C 结构延性系数表
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果