钢筋混凝土框架结构基于性能系数抗震设计法的基础研究-结构工程专业论文.docxVIP

摘要 摘 要 结构性能系数是建筑抗震设计中的核心参数，是实现结构延性能力和承载能 力双重控制的纽带。本文针对建筑抗震设计理论中急需解决的几个问题进行了探 索性研究，综合基于承载力抗震设计方法中成熟且简便有效的部分，同时引入某 些基于性能抗震设计方法中多极性和灵活性的思路，提出了钢筋混凝土(Rc)框架 结构基于性能系数的抗震设计方法。本文主要开展了以下几个方面的研究工作。 (1)RC框架结构抗震安全度比较分析。以RC框架结构作为比较对象，从抗 震设防目标、层间位移角限值和基底屈服剪力三个方面比较了中国、美国、日本、 澳洲和欧洲建筑设计规范中的相关条款或规定，通过实例分析比较了中国、美国 和欧洲建筑设计规范中梁柱构件的抗震安全系数。与国际上具有重要影响意义的 建筑抗震设计规范相比，宏观上可以认识到我国现行建筑抗震设计规范的安全水 准偏低。 (2)RC框架结构性能系数研究。结构性能系数通常表达为三个特征系数的组 合，即结构的延性折减系数、阻尼折减系数和抗震超强系数。首先通过单自由度 体系(SDOF)大量实际地震波作用下的动力弹塑性时程分析，研究了影响延性折 减系数的主要因素，建立了SDOF体系延性折减系数谱；SDOF体系的抗震强度 需求不同于多自由度体系(MDOF)的抗震强度需求，为了获得MDOF体系的延性 折减系数，通过对剪切型集中质量MDOF体系和相应等效SDOF体系抗震强度 需求的分析，采用修正相应等效SDOF体系的延性折减系数的方法研究了MDOF 体系的修正系数谱的基本特征，从而建立了MDOF体系的延性折减系数谱。通 过SDOF体系位移反应谱的分析，研究了阻尼折减系数的变化规律及其影响因 素。通过对基于我国建筑抗震规范设计的RC框架结构抗震能力的分析，研究了 RC框架结构的抗震超强系数及其影响因素。 (3)RC框架结构强柱系数的抗震效应分析。通过非线性有限元模拟试验研 究，分析了RC框架子结构材料特性、轴压比、楼板参与等对RC框架结构实际 强柱系数的影响。采用可靠度理论评估了RC框架结构单个节点“强柱弱梁”的 失效概率；考虑主要影响梁柱强弱设计参数和地震加速度峰值的随机性，通过蒙 特卡罗模拟，研究了3层和6层框架结构楼层和体系形成“柱铰屈服”机制时抗 震位移需求超越位移能力的概率；基于结构抗震易损性的分析，建立了强柱系数 的抗震效应评估方法，并以6层确定性RC框架结构为例·，通过增量动力弹塑性 时程分析，建立了能有效评估强柱系数抗震效应的易损性曲线。 (4)RC框架结构抗震变形性能分析。通过收集和分析国内外文献中的试验数 据，结合国外规范相似的条款，推荐了不同极限状态时RC框架结构基于层间位  摘要 移角的极限性能指标；通过研究结构楼层延性系数的影响因素，建立了近似估算 楼层位移延性系数的计算公式。通过弹性和弹塑性时程分析，研究了水平地震作 用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数 三个因素对弹塑性位移增大系数的影响，建立了弹塑性层间位移增大系数经验公 式。假定RC框架结构为理想剪切型和弯曲型结构的组合，采用等效静力荷载分 布模式推导了RC框架结构的弹性侧移分布模式，讨论了弯剪强度比率、荷载分 布模式对位移反应的影响；假定结构的第一振型矢量模式，提出了近似估算地震 作用下结构弹性和弹塑性位移反应的方法。 (5)建立RC框架结构基于性能系数的抗震设计方法。在以上几个基础性问 题的研究基础之上，本文比较完整地建立了RC框架结构基于性能系数抗震设计 方法构架，论述了基于性能系数抗震设计的基本思路和若干关键问题的解决途 径，给出了基于性能系数抗震设计方法的基本步骤，通过设计实例说明了常规 RC框架结构的设计过程，验证了方法的可行性。本文提出的RC框架结构基于 结构性能系数的抗震设计方法可以较好地运用结构承载力与延性能力之间的内 在规律，实现承载力．延性的有效双重控制，主动有效地引导结构按照预期的目 标实现屈服。 关键词：钢筋混凝土；框架结构；抗震设计；结构性能系数；强柱系数；位移 能力；位移需求 Ⅱ  The structural behaviour factor,which co彻ects the ductility capacity with the carrying capaci哆of structure for achieving dual control，is the core parameter in the seismic design of bIlildin擎．11lis paper exploringly investigates several issues which are a pressing objective in seismic design philosophy,