斜向地震作用下RC框架静动力弹塑性分析

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近年来的多次地震中,大量钢筋混凝土结构柱端先于梁端严重破坏甚至因此引起房屋倒塌,并未形成抗震设计规范期望的“强柱弱梁”破坏机制。探究其原因,除楼板、填充墙、梁筋超配和钢筋超强等因素间接增强梁强度外,斜向地震作用是加剧该破坏状态的主要原因之一,这已从构件层次得到验证。尽管新修订的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)明显提高了柱端弯矩增大系数的取值,但并未针对斜向地震作用的影响做明确说明。为此,本文为研究结构在斜向地震作用下的响应,针对按现行规范要求两主轴方向满足“强柱弱梁”设计的两个不同的钢筋混凝土框架结构,使用Pushover方法与时程分析方法进行了多角度(轴向、22.5°、45°、67.5°)地震作用下静/动力弹塑性分析。探讨斜向地震作用下结构形成柱铰机制破坏的原因,为今后结构抗震设计提供参考依据。  首先,在线弹性范围从力学角度分析了斜向地震作用下矩形截面钢筋混凝土框架空间节点处梁、柱受力情况,并对梁柱承载力影响因素(包括楼板、填充墙和钢筋超配因素非结构因素等)进行了分析汇总。分析结果表明,与轴向地震作用相比斜向地震作用改变了柱梁受力分配,如果对同一结构进行斜向与轴向地震作用分析,则结构在斜向地震作用下柱先于梁发生破坏的可能性将增大。在多向外力作用下非线性是钢筋混凝土柱的基本特征,柱的强度与斜向地震作用也密切相关。因此,为了全面探讨斜向地震作用对框架结构破坏的影响,需要综合考虑梁柱受力分配和其承载力的耦合效应。  为了能综合考虑斜向地震作用下梁柱受力分配及其强度变化耦合效应,全面模拟斜向地震作用对框架结构破坏模式的影响,采用Pushover和时程分析方法对两轴向各方面完全对称的框架结构模型进行了静动力弹塑性分析,对比结构在轴向、斜向地震作用下结构的动力响应和破坏模式。分析结果显示,结构最终破坏形态轴向加载时明显为梁铰破坏机制,斜向45°时为柱铰机制破坏。在轴向地震作用时,梁起到了很好的滞回耗能作用,梁延性发展情况比斜向加载时严重;在斜向加载时,梁所表现的出来的滞回耗能性能较轴向时要差,柱比梁更易发生屈服破坏,柱延性发展程度明显比轴向加载时严重。  上述工作探讨了斜向地震作用下对称规则结构破坏模式的研究,但实际工程中不规则结构在所难免。为了考虑非对称结构中整体扭转及斜向地震作用的共同影响,更真实的反应非对称结构在斜向地震作用下的响应,进一步研究斜向地震作用对梁柱破坏模型的影响,采用基于工程实例的非对称框架结构对其进行静动力分析。对比在轴向、斜向地震作用下的响应结果,可知在结构最终破坏形态、梁柱滞回耗能情况和延性发展情况方面上与对称结构是一致的。非对称结构明显为柱铰机制破坏时的斜向加载角度与对称结构有所不同。  综合以上分析结果,说明斜向地震作用对结构破坏机制起着至关重要的影响,其作用不容忽视,需要在抗震设计中予以考虑。  
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