RC框架结构基于性态水准的抗震设计方法

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基于性态的抗震设计方法以最大限度地减小地震造成的经济损失和确保人员生命安全为设计理念,是下一代抗震设计的主要方向。目前,中国、美国、日本、欧洲等国家和地区的抗震设计规范——都是采用设防烈度下的设计反应谱计算地震作用,进行性态化抗震设计。然而,唐山、Northridge、Sunatra-Andaman、汶川、Concepcion、玉树等地震都明显超出规范的设防烈度;由于基于设防烈度进行抗震设计无法建立起设防烈度与震后破坏状态的直接关联,超设防烈度的地震发生时,结构的破坏程度无法把握。因此,本文给出基于性态水准的抗震设计方法,改进基于设防烈度的性态化抗震设计,直接基于量化的性态水准进行抗震设计,以钢筋混凝土框架结构为研究对象,主要研究内容如下:(1)研究各性态水准的设计地震动。结合我国抗震规范,确定基于性态水准的量化指标,以设计的三个钢筋混凝土框架结构为算例,展开研究框架结构在各性态水准的顶点位移、地震动需求、地震影响系数。(2)根据我国抗震规范附录M给出的实现不同性能要求的承载力验算公式,建立附录M承载力验算公式与各性态水准的对应关系,进行结构构件的承载力设计,并得出各性态水准的配筋结果,研究结构构件在各性态水准设计承载力和配筋量的变化规律,确定最大性态水准配筋为最终配筋结果。(3)采用增量动力(IDA)分析方法对结构的抗震性能进行评估。给每个框架结构算例选择28条地面运动记录,进行增量动力分析;分析框架结构在不同强度地震动作用下的全过程性能,研究不同性态水准地震动强度下结构顶点位移和层间位移角的变化规律,以及塑性铰出现的位置及顺序,分析结构构件在不同性态水准地震动强度作用下的损伤机制。(4)根据IDA分析结果,进行概率地震需求分析,建立框架结构在各性态水准的易损性概率模型,绘制框架结构在各性态水准的易损性曲线,计算结构易损性矩阵,量化框架结构在各性态水准地震动作用下的结构失效概率。(5)将基于性态水准的抗震设计方法应用于实际工程案例。针对三个钢筋混凝土框架结构实际工程,确定基于性态水准设计地震动,进行构件承载力设计,得到结构的配筋;基于性态水准地震动强度对结构进行弹塑性时程分析,对结构的抗震设计目标进行验证,证明该方法的实际应用价值。
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