RC框架结构考虑节点模型的弹塑性静动力分析

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钢筋混凝土框架结构是一种被世界广泛应用的结构,是城市、工业多高层建筑的一种基本结构体系。近年来的多次地震灾害中,由于钢筋混凝土框架结构的严重破坏甚至倒塌给人民的生命财产安全带来了严重危害[1]。例如,2008年5月12日的汶川8.0级地震,震中最大烈度达11度,地震共造成近7万人遇难,直接经济损失近千亿元,因此对于钢筋混凝土框架结构的抗震研究仍具有深远意义。研究发现地震中节点失效是导致结构局部乃至整体倒塌的主要原因,在过去的几十年里,各国学者对钢筋混凝土框架的梁-柱节点进行了大量的试验研究和精细的理论分析,然而节点构成的特殊性决定了其在地震作用下的复杂性,针对整体钢筋混凝土框架结构的有限元模拟,节点处多采用刚性节点,在建模阶段就已经排除了节点破坏的可能,计算结构变形时也忽略了节点的变形,而将节点模型加入框架模型(即整体变形除了考虑梁柱变形还考虑节点变形,甚至也会因为节点率先破坏而导致结构的损坏)的研究却很少。因此对框架结构进行考虑节点的抗震分析是极其重要和迫切的。本文基于OpenSees分析软件对钢筋混凝土框架结构的梁-柱节点进行详细的介绍和数值分析,其主要工作如下:(1)详细的介绍各国学者对于节点的试验以及有限元模型的研究现状,介绍节点在地震中的受力状态,并提出模拟节点核心区材料的本构模型及相应的定参方法。(2)基于本文的建模方法,建立考虑节点的框架结构模型,模拟已有的四层两跨框架结构振动台试验,以验证考虑节点的框架结构模型的准确性与可行性。(3)基于OpenSees分析平台,对不考虑节点的框架结构(该结构节点处被视为刚节点)和考虑节点的框架结构进行弹塑性静力分析,从结构自振周期、基底剪力顶点位移关系等方面进行比较和分析。从而得出结论,考虑节点后框架结构的整体刚度减小了,其所能抵抗的最大基底剪力与延性均下降。(4)对考虑节点的框架结构模型与不考虑节点的框架结构模型(节点处为刚节点)进行罕遇地震下的动力时程分析,并从楼层位移和层间位移角、塑性铰出现位置和顺序等方面进行比较和分析。最后通过对两种结构模型进行IDA分析,分别得出它们所能抵御的最大地震动。从而得出结论,不考虑节点的假设会高估结构的抗倒塌能力,在进行整体结构的弹塑性分析时有必要考虑纳入节点模型,使分析结果更加合理。
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