基于材料层次的多层RC框架结构损伤模型研究

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随着基于性能的抗震设计(PBSD)思想的提出与应用,建立合理有效的损伤分析模型及方法,定量地评价结构的抗震性能及震后结构的破坏程度,已经成为国内外土木工程界关注的焦点问题。现有结构损伤模型大多是建立在钢筋混凝土构件试验及分析的基础之上,有关钢筋及混凝土材料本身的损伤模型的研究则相对较少;同时,结构的损伤是由于材料出现损伤后,逐渐导致构件、结构出现损伤,这几方面是相互影响、相互促进的。因而,从材料层次损伤,来研究结构地震损伤无疑具有理论上的优越性。因此,本文从材料本构关系建立钢筋混凝土结构、构件损伤模型,以评价钢筋混凝土结构地震作用下的损伤状态。  首先,在查阅钢筋混凝土结构损伤评估研究现状的基础上,基于材料本构,构建混凝土和钢筋材料的损伤模型,对比梁、柱和楼层对结构损伤影响差异,通过引入不同的加权系数,分别构建构件、楼层及结构层次的损伤模型与损伤指标的计算方法。  其次,从太平洋地震工程研究中心(PEER)试验数据库中,选择由Y.L.Mo和S.J Wang进行过拟静力实验的钢筋混凝土柱作为研究对象,在OpenSeese软件中,对其在单调和循环加载下的试验进行模拟分析,通过计算结果与试验结果的对比验证了本文方法的可行性。  最后,按我国规范《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)设计了三个多层(4、5、6层)的钢筋混凝土框架结构,以地面峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标对其进行了增量动力分析。结果表明:基于材料本构的损伤模型,能较好地评估多层钢筋混凝土框架结构在强震作用下的弹塑性发展及损伤状态;在此基础上提出了针对多层钢筋混凝土框架结构的震害等级与损伤指标之间的判别准则,从结构层次上探讨本文方法的适用性。
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