基于结构推覆分析的钢筋混凝土框架抗地震倒塌性能研究

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建筑物在地震作用下发生倒塌,是造成人员伤亡和经济损失的重要原因。防止建筑结构发生地震倒塌,长期以来一直是工程界和学术界的研究重点。钢筋混凝土框架结构在我国应用十分广泛,历次震害调查表明,强震作用下该类结构破坏严重,其安全问题理应受到足够重视。如何评估该类结构抗地震倒塌性能,以及如何保证该类结构抗地震倒塌能力是一个重要的科学问题。本文针对上述问题,开展了较系统的研究,完成的主要工作如下:(1)以六层钢筋混凝土框架结构为研究对象,基于OpenSees分析平台,利用Pushover方法对该框架结构进行抗地震倒塌性能分析,研究结构在非线性静力推覆下的失效路径以及结构的薄弱环节。分析结果表明,该框架结构因第三层层间位移角超限而失效,且框架失效时以梁端截面失效为主。(2)为深入研究钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响因素,设计不同参数的框架结构算例,然后基于OpenSees对算例框架进行Pushover分析,获得结构基底剪力和顶点位移关系曲线。通过对比分析,得到如下结论:1)钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌能力随结构层高、结构层数、结构跨度的增大而降低。其中主要原因:这些结构参数的增大会导致结构轴压比增大,造成框架柱的变形能力和安全储备不足。因而在满足结构使用功能的前提下,控制结构层数、层高、跨度对提高结构抗倒塌能力是有利的。2)高烈度设防(8、9度)的框架结构抗地震倒塌能力明显优于低烈度(6、7度)设防的框架结构。其中主要原因:一方面轴压比的作用影响抗震性能;另一方面高烈度设防的框架结构其设计一般由抗震设计起控制作用,而低烈度设防的框架结构其设计一般由非抗震设计起控制作用。低烈度设防的框架结构抗地震能力“先天性”的相对较弱,一旦遭遇大震和极震,破坏将会比较严重。因此设计人员要特别重视低烈度设防区域的钢筋混凝土框架结构抗震设计。3)轴压比对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力和整体承载力储备有着决定性影响。因而要控制结构设计轴压比,保证框架柱尤其是底层框架柱的延性和变形能力。
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