框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)—靜力彈塑性分析法

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1、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)一靜力彈塑性分析法丙南交通大學(xué)希望學(xué)院摘要：靜力彈塑性分析法(Push-Over)是一種基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，已被越來(lái)越多的人認(rèn)可和使用，木文重新梳理了Push-Over■方法的水平加載原理及方法，明確了能力譜和需求譜及性能點(diǎn)三者的關(guān)系和意義。利用框架結(jié)構(gòu)的Push-Over曲線，介紹結(jié)構(gòu)的性能點(diǎn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力進(jìn)行驗(yàn)證，判斷其抗震性能。關(guān)鍵詞：靜力彈塑性分析(Push-Over分析)；框架結(jié)構(gòu)；能力譜；需求譜；性能點(diǎn)1引言近年來(lái)，地震一次乂一次襲擊我們的家園近，2008年發(fā)生在四川汶川的8.0級(jí)大地震，死亡人數(shù)69227人，直接經(jīng)濟(jì)損失8451億；201

2、5年發(fā)生在尼泊爾的8.1級(jí)大地震，死亡人數(shù)8219人，直接經(jīng)濟(jì)損失348.84億。這一組組觸目驚心的數(shù)據(jù)，都無(wú)時(shí)無(wú)刻不在警告我們工程人員，良好的抗震減震設(shè)計(jì)和優(yōu)異的施工質(zhì)量是當(dāng)前中岡乃至全世界都應(yīng)該做到的，這樣可以保證我們的房屋、橋梁及隧道做到大震不倒、中震可修、小震不壞。如何提高建筑物的抗震能力、是否有更先進(jìn)的抗震設(shè)防理念，是擺在科研工作者面前最急迫也是最艱難的問(wèn)題?？拐鹪O(shè)計(jì)分析大致經(jīng)歷了一下幾個(gè)階段，靜力理論階段、反應(yīng)譜理論階段、動(dòng)力理論階段及基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論階段?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)理論中最主要的兩種設(shè)計(jì)方法是.?一、彈塑性時(shí)程分析法；二、靜力彈塑性分析理論(Push

3、-Over法)<>靜力彈塑性分析理論作為一種簡(jiǎn)單而有效的抗震設(shè)計(jì)理論己越來(lái)越被廣大科研人員和設(shè)計(jì)人員所接受。廣大科研人員己經(jīng)將其應(yīng)用于房屋建筑、橋梁及其他結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、層間隔震結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析均進(jìn)行了大量的理論研宄和實(shí)際應(yīng)用］。本文應(yīng)用Push-Over方法對(duì)某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行抗震性能分析。2靜力彈塑性分析方法靜力彈塑性分析(Push-Over)是在結(jié)構(gòu)上施加豎向靜載和活荷載并保持不變，同時(shí)施加沿高度分布的某種水平荷載或位移作用，隨著水平作用的不斷增加，結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐漸進(jìn)入塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的梁、柱和剪力墻等構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，

4、最終達(dá)到結(jié)構(gòu)側(cè)向破壞。這一過(guò)程反映了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力彈塑性性能。側(cè)推分析過(guò)程中可獲得結(jié)構(gòu)基底剪力和頂點(diǎn)位移的關(guān)系曲線，又可稱為Push-Over能力曲線［4】。2.1基本假定靜力彈塑性分析方法的基本思路是用一個(gè)單自由度體系來(lái)等效實(shí)際結(jié)構(gòu)，即與之對(duì)應(yīng)的多自由度體系，通過(guò)研究單自由度體系的地震彈塑性反應(yīng)，來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際結(jié)構(gòu)地震彈塑性反應(yīng)全貌，就自身而言，沒(méi)奮特別嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)，而此方法基于以下兩個(gè)基本假定［2】。(1)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與其等效的單自由度系統(tǒng)冇關(guān)，也意味著結(jié)構(gòu)的響應(yīng)僅由其第一振型來(lái)控制；(2)結(jié)構(gòu)沿高度的變形用φ(形狀向量)來(lái)表示，在整個(gè)地震作用的反應(yīng)過(guò)程中，其形狀向量是保

5、持不變的。(3)因樓板在艿自身平面內(nèi)的剛度無(wú)窮大，所以在做位移和內(nèi)力計(jì)算中，樓板一般被視為剛性樓板，因此在樓板平面內(nèi)只有可能發(fā)生剛性位移一轉(zhuǎn)動(dòng)和平移，不發(fā)生形狀改變。2.2水平加載模式通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向加載，獲得結(jié)構(gòu)的水平加載的能力曲線。不同側(cè)向荷載分布方式作用下，結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制是不同的，因此選擇接近結(jié)構(gòu)在罕遇地震下破壞吋的側(cè)向作用，是延性分析正確與否的重要保證。綜合研究結(jié)果，結(jié)構(gòu)可以按圖1所示幾種方式進(jìn)行水平加載。圖1Push-Over分析結(jié)構(gòu)水平加載模式(1)均勻分布加載模式均勻分布加載模式相當(dāng)于假定結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下每層的加速度均相同，而且假定每層質(zhì)量相同，因此每層的地震荷

6、載均相等。(2)倒三角加載模式水平側(cè)向力沿高度分布與層質(zhì)量和高度成正比的加載模式稱為倒三角形分布水平加載模式。(3)拋物線加載模式水平側(cè)向力沿結(jié)構(gòu)高度呈拋物線分布的加載模式稱為拋物線分布水平加載模式。(4)分層分布加載模式在水平加載模式中考慮多個(gè)振型的影響，即在每一步加載前，先求出結(jié)構(gòu)的周期和振型，根據(jù)振型分解反應(yīng)譜法中的平方和開(kāi)方計(jì)算結(jié)構(gòu)各樓層的層間剪力，又樓層的層間剪力反算出水平荷載，將艽作為下一步的側(cè)向荷載分布形式。這一過(guò)程即為分層分布加載。2.3結(jié)構(gòu)能力譜曲線假定結(jié)構(gòu)側(cè)推得到的變形曲線為結(jié)構(gòu)在地作用下的包絡(luò)，按振型分解反應(yīng)譜法可反推相應(yīng)結(jié)構(gòu)基本振型的譜位移和譜加速度，以

7、譜位移為橫坐標(biāo)，譜加速度為縱坐標(biāo)組成的圖形為結(jié)構(gòu)的能力譜曲線如圖2所示。圖4性能點(diǎn)求解圖結(jié)論(1)Push-Over方法作為一種基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法己經(jīng)越來(lái)越引起重視。(2)Push-Over方法在框架結(jié)構(gòu)抗震分析中成功應(yīng)用，并找到了結(jié)構(gòu)的性能點(diǎn)，證明結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足抗震需求。參考文獻(xiàn)：[1]陳茸.Push-Over在框架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].2011.[2】高強(qiáng)，黃襄云.層間隔震結(jié)構(gòu)的Push-Over分析[j].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,8(3).[3】聶建國(guó)，秦凱.方鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的p