外附摇摆SRC子框架加固RC框架结构抗震性能研究

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在历次地震中,多次发现钢筋混凝土框架结构未出现预期的“强柱弱梁”破坏机制,结构产生了较大残余变形,增加了震后结构修复的困难和经济成本。震前预防性抗震加固是提高结构抗震性能经济有效的措施。在框架结构中引入摇摆墙,通过摇摆墙构件的摇摆可以避免或者减小结构在地震中的破坏。然而摇摆墙需要较大的侧向刚度来约束结构的层屈服机制,造成自重大,布置在框架结构外侧时可能对建筑立面效果,采光,通风等功能产生一定影响。鉴于上述,本文结合可恢复功能结构和外附子结构的设计思想,基于摇摆减震机理,提出了外附摇摆SRC子框架加固法。采用型钢混凝土(SRC)梁柱构建单榀框架来满足刚度对于主体框架的需求,通过与基础铰接实现平面内转动,并以子结构的形式外附于RC框架结构中来避免对建筑功能的影响。以上构建了一种新的结构体系,即外附摇摆SRC子框架-框架结构。为深入了解这种结构体系的抗震性能,本文以六层钢筋混凝土框架结构为例,建立了外附摇摆SRC子框架加固前后的有限元模型,采用pushover分析、弹塑性时程分析、地震易损性分析等分析方法,对比研究了外附摇摆SRC子框架前后的RC框架结构的抗震性能,本文所做的工作以及得到的结论如下:1.基于刚度需求设计了摇摆SRC子框架,通过sap2000软件建立外附摇摆SRC子框架前后的框架结构,摇摆SRC子框架-框架结构有限元模型。2.基于能力谱法,采用倒三角侧向加载模式对框架结构、SRC子框架-框架结构的有限元模型进行pushover分析,得到了结构的基底剪力-顶点位移曲线,不同地震烈度下的性能点,塑性铰分布,层间位移角与楼层剪力,比较分析了加固前后的抗震性能。研究结果表明:外附摇摆SRC子框架能提高框架结构的侧向承载能力以及耗能能力,可以有效避免层间变形集中,提高了结构的抗震能力。3.根据我国抗震规范,选取了5条天然波,利用Simqke-gr2.6程序生成了2条人工波。将地震波峰值统一调整为220gal,按照1:0.85比例沿结构的两个主要方向输入,得到了总位移与最大层间位移角、基底剪力与顶点位移的滞回曲线、能量分布、塑性铰分布,结果表明,外附摇摆SRC子框架能够有效控制框架结构的层屈服机制,使各楼层的变形趋于均匀,发挥了结构的整体抗震能力,同时提升结构的耗能能力,减小了地震反应。分析结果也表明,摇摆SRC子框架在X向全方向布置,对于X向的抗震能力提升明显,Y方向的抗震能力要次于X方向,但是与原框架结构对比,抗震能力还是得到了增强。4.选取了ACT-63推荐的地震波中的10条天然波,对10条地震记录通过逐步增大PGA的方法,按照等步长调幅原则调幅至PGA的上限1000cm/s~2(1g),步长为0.2g,并输入两结构中,通过IDA分析得到了一组IDA曲线簇,将IDA曲线数据点进行分位数回归统计,得到了16%、50%、84%分位曲线,并根据我国抗震规范定义了极限状态点。基于IDA曲线数据进行线性拟合得到了地震需求概率模型,进而得到了易损性曲线。从50%分位的性能点可知,摇摆SRC子框架-框架结构比原框架结构在对应的极限状态点分别提高了42.5%、42.5%、40%、23.05%。从易损性曲线分析可知,摇摆SRC子框架-框架结构在各个极限状态下发生的失效概率要小于框架结构。
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