基于BWBN模型的钢筋混凝土柱地震易损性分析

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:betteryear2009
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钢筋混凝土(RC)柱作为水电站厂房、渡槽、进水塔等水工建筑物的竖向承重构件,在地震作用下不仅需要承载整个结构的竖向荷载,还要承受由地震引起的水平荷载。多次震害结果表明,在地震过程中,RC柱往往破坏较为严重,甚至引起整个结构倒塌。RC柱因为截面尺寸、配筋率以及钢筋、混凝土强度等的影响,通常会发生弯曲、弯剪或剪切破坏。不同破坏模式的RC柱,其地震需求和抗震性能也不同。本文主要以RC柱为研究对象,基于Open Sees有限元软件,调用BWBN模型进行RC柱的动力时程分析,并对不同破坏模式的RC柱进行易损性分析。同时,研究了RC柱塑性铰区抗剪承载力计算。主要研究内容如下:(1)基于Open Sees软件调用BWBN模型,对RC柱进行动力时程分析,验证其作为材料模型的可行性,并与国内的墩柱振动台试验数据进行比较。结果表明:基于BWBN模型的动力时程分析能够很好的模拟弯曲破坏RC柱和剪切破坏RC柱的振动台试验结果,其动力分析模拟结果能够满足RC柱试件地震需求预测的实际工程需要。(2)借助美国PEER结构性能数据库中发生不同破坏模式的RC柱抗震试验数据,以及美国PEER地震动数据库中的15条地震动记录,采用增量动力分析(IDA)方法,选择地面峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,选择柱顶极限位移角作为损伤指标,基于BWBN模型和Open Sees软件,对RC柱进行动力时程分析,继而获得不同破坏模式以及不同性能目标的RC柱易损性曲线并进行易损性分析。结果表明:地面峰值加速度为0.1g~0.8g时,不同性能目标RC柱试件的易损性大小顺序为“轻微损伤IO试件>生命安全LS试件>防止倒塌CP试件”;整体上来说,不同破坏模式RC柱试件的易损性大小顺序是“剪切试件>弯剪试件>弯曲试件”,由此可见,在地震易损性分析中只考虑RC柱发生弯曲破坏会高估柱构件的抗震能力。(3)分别计算分析中国水利行业标准《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)和中国电力行业标准《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)对保证弯剪破坏RC柱塑性铰区抗剪承载力的可靠性,并考虑RC柱塑性铰区抗剪承载力随变形能力的增加而降低,引入以柱顶极限位移角为变量的修正系数对抗剪承载力公式进行修正,并验证修正后计算公式的可靠性。结果表明:对于矩形截面RC柱,水利“08规范”和电力“09规范”的抗剪承载力计算公式都不能满足矩形截面RC柱塑性铰区抗剪承载力的要求;对于圆形截面RC柱,水利“08规范”、电力“09规范”的抗剪承载力计算公式只能部分满足圆形截面RC柱塑性铰区抗剪承载力的要求;考虑抗剪承载力随着墩顶位移角增加而降低的影响,以位移角为变量建立修正系数k的线性回归方程,修正后的水利“08规范”和电力“09规范”抗剪承载力公式能够满足弯剪破坏RC柱塑性铰区抗剪承载力的安全要求。
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