RC框架—翼墙结构体系抗震性能及地震损失研究

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多层钢筋混凝土框架结构(RC框架)在我国现有建筑中占比较大,并广泛用于学校、医院等在社会中承担重要职能的建筑中。近年来我国发生的破坏性地震中,大量RC框架结构发生难以修复的破坏并倒塌,损伤模式与设计预期不符,造成严重的人员伤亡及经济损失。表现为框架柱受力苛刻而难以实现“强柱弱梁”的损伤模式,且存在抗震防线单一、修复困难等问题。据统计汶川地震极震区中框架结构倒塌率高达63%,但极震区的北川盐务局职工宿舍楼由于底层框架柱增设适量翼墙而未发生倒塌,且破坏主要集中在翼墙和梁,增设的翼墙耗能充分,破坏均匀,未形成可引发结构承重失效的薄弱构件或是薄弱层,表现出优异的抗震性能。其增设翼墙的措施设计灵活,不改变结构的外观与使用功能、造价低、施工便利。本文从梁柱翼墙组成的子结构到整体结构层次对该复合结构体系的抗地震倒塌能力及地震经济损失进行了以下研究工作:(1)通过RC框架-翼墙结构体系与异形柱结构、框架剪力墙结构和支撑结构做对比,总结RC框架-翼墙结构与其他结构体系之间的异同,归纳近几年国内外翼墙研究现状。(2)按照汶川地震中北川县盐务局宿舍楼底层框架轴网尺寸,以缩尺比1:3设计了三个两跨单层一榀框架,分别为框架模型、翼墙不受轴力模型(功能分离型)与翼墙受轴力模型(功能集成型),进行拟静力试验,研究两种翼墙加固模式对框架结构抗震性能的影响。并通过ABAQUS有限元软件进行建模分析。(3)为研究翼墙加固体系对整体结构抗震性能的影响,以北川盐务局职工宿舍楼底层为基础重新设计7个框架结构(1个框架结构6个翼墙加固框架结构)作为算例建立整体结构模型进行分析。对7个算例结构进行IDA分析,通过分析各结构在不同地震动强度下到达各极限状态的概率以及对比不同结构的CMR系数,量化增设翼墙后的抗倒塌能力,并确定RC框架-翼墙结构中翼墙设计的关键性参数。(4)使用PACT软件结合ABAQUS模型对算例结构进行基于性能的抗震分析,分析震后的修复费用、修复时间、伤亡人数等,从而对翼墙结构的投资-收益合理性进行性能化设计,在保证结构在强烈地震作用下不倒塌的同时,增加结构的抗震经济合理性。
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