采用软钢阻尼器的钢筋混凝土框架结构子结构基于延性设计研究

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传统的抗震设计主要依赖于结构中梁、柱自身的强度及变形能力来抵抗地震作用,但这种完全依靠结构的变形来吸收和消耗地震能量的方法在遇到特大地震时依然无法确保结构的安全,因此一种比传统抗震体系抗震性能更显著的新体系—消能减震技术被提出。该技术通过阻尼器消耗向上部结构传递的地震能量可以显著提高结构的抗震性能,但阻尼器能否充分发挥作用,取决于消能子结构的设计,如果消能子结构设计承载力不足,在阻尼器还没发挥作用时就损坏,那么结构中采用减震设计就毫无意义。为此提出对消能子结构设计方法的研究,以保证阻尼器能够充分发挥作用。在消能减震技术规程中对消能子结构提出的设计要求是:消能子结构应基于提高承载力及增强延性两方面来设计,但是具体的设计指标不明确。目前大多数的消能子结构设计都是基于承载力的设计,并未考虑到延性。对此本文在保证消能子结构承载力的基础上引入延性设计理念,分析了钢筋混凝土结构的延性影响因素,并从美国太平洋地震研究中心钢筋混凝土柱抗震性能试验数据库(PEER-Structural Performance Database)提取低周反复荷载作用下的钢筋混凝土柱的试验数据,分析延性影响因素对钢筋混凝土柱的影响规律;然后对一个采用软钢阻尼器的三层框架结构进行减震设计,首先运用Pushover分析方法对该结构进行减震分析,然后对消能子结构的设计引入延性理念,通过调整消能子结构的截面尺寸、配筋率,控制其梁、柱的出铰步数,调整出消能子结构不同出铰步数下的弹塑性结构模型:消能子结构与非子结构同时出铰(同时出铰)、消能子结构在非子结构后一步出铰(后出铰1)和消能子结构在非子结构后三步出铰(后出铰2)。对三个弹塑性结构模型进行对比分析,结果表明:(1)根据剪力-位移曲线分析,消能子结构出铰步数越靠后,结构的基底剪力增大,结构的位移延性系数增加,结构的整体延增加。(2)根据抗震性能分析,消能子结构出铰步数越靠后,结构的顶点位移越小,结构的层间位移角减小,结构的整体抗震性能得到提高。(3)针对软钢阻尼器框架结构的三个弹塑性模型分析,消能子结构在非子结构后一步出铰(后出铰1)的模型,在非子结构破坏之后,消能子结构紧跟着破坏,此时阻尼器耗能最好。(4)对于采用软钢阻尼器的钢筋混凝土框架结构来说,当非子结构与消能子结构的曲率延性系数比为0.65时,消能子结构的设计比较合理。
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