局部采用纤维增强混凝土框架结构抗震性能系数研究

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结构整体抗震性能系数是保证结构整体安全性的关键因素。纤维增强混凝土(FRC)相比于普通混凝土有超高的受拉应变-硬化和多裂缝开展性能。本文将FRC用于钢筋混凝土(RC)框架结构梁柱节点区以及梁、柱端潜在塑性铰区,形成FRC新型抗震结构;分析了FRC新型结构与RC框架结构整体抗震性能系数值,从变形能力、承载能力、延性等各个方面论证了FRC新型抗震结构的优势。本文的主要研究内容及结果如下:(1)严格按照我国现行抗震设计规范,设计了6个不同层数、不同设防烈度的钢筋混凝土框架结构,用PKPM设计软件进行构件截面配筋计算。然后截面配筋不变,仅在框架结构梁柱节点区及梁、柱端局部采用FRC材料,建立了RC框架结构与FRC框架结构模型;基于结构非线性分析软件Perform-3D,依次建立12个结构的非线性有限元模型。在此基础上,采用非线性静力分析方法和非线性动力分析方法对RC及FRC框架结构分别进行分析,研究临界倒塌状态(层间侧移角达到0.02)时两种框架结构整体抗震性能系数能力值(Rd,Rμ,R,Cd)取值及其变化规律。结果表明,FRC框架结构所具有的抗倒塌能力优于RC框架结构。(2)分别采用静力能力谱法和时程分析方法,对所设计的框架结构进行分析,研究不同地震动强度下结构整体抗震性能系数的需求值,继而采用结构抗震性能系数能力-需求值比的概念,对RC及FRC框架结构的抗震性能系数合理取值进行评定。结果表明,在地震作用下,RC框架局部采用FRC材料后,结构的抗震性能系数较RC框架结构有所提高,但结构层数不宜超过8层。(3)对结构进行增量动力分析(IDA),根据分析结果确定结构的中位值倒塌谱加速度(?)CT及倒塌易损性曲线,继而计算出结构的倒塌储备系数CMR,根据结构的基本周期和延性系数计算谱形因子SSF,得到结构的修正倒塌储备系数ACMR,进而从倒塌储备系数角度证明了FRC框架结构相较于RC框架结构,抗倒塌安全储备有所提高。
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