框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析

1、第36卷第15期36No.15山西建筑Vol.2010年5月May.2010SHANXIARCHITECTURE文章編號(hào):100926825(2010)152005720357框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析杜紅旭張華摘要:結(jié)合一5層框架結(jié)構(gòu),介紹了動(dòng)力彈塑性分析的基本原理和實(shí)施的關(guān)鍵步驟,運(yùn)用Midas軟件進(jìn)行了分析,對(duì)一般框架結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下的抗震性能作出合理的評(píng)價(jià),以指導(dǎo)工程實(shí)踐。關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu),彈塑性,塑性鉸中圖分類號(hào):TU313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A近年來(lái),隨著大量復(fù)雜高層建筑的涌現(xiàn),以及越來(lái)越多的震害事故證明了對(duì)建(構(gòu))筑物進(jìn)行彈塑性分析設(shè)計(jì)的必要性,很多國(guó)家已經(jīng)制訂了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)1?；?/p>

2、于“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防和二階段設(shè)計(jì)方法,GB5001122001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和JGJ322002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對(duì)某些類型的建筑規(guī)定了彈塑性變形驗(yàn)算的強(qiáng)制性或非強(qiáng)制性要求。完全采用彈性理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)已經(jīng)難以滿足纖維進(jìn)行受彎加固時(shí)設(shè)置U形箍的建議:5效果不理想,隨著U根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,U10;,破壞多發(fā)生在加載點(diǎn)附近(),因此在剪力和彎矩較大區(qū)域設(shè)置U形箍是十分必要的。以上研究都是針對(duì)有機(jī)膠粘貼碳纖維布的附加錨固措施的研究,這些研究為進(jìn)一步完善U形箍錨固措施提供了重要的試驗(yàn)和理論依據(jù)。要求,彈塑性分析是解決結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下延性分析的重要方法之一,對(duì)結(jié)構(gòu)

3、進(jìn)行彈塑性分析得到越來(lái)越多的應(yīng)用2。1彈塑性分析方法3,是基于美國(guó)的FEMA2273ATC240和“承載力譜法”。2:1葉列平,方團(tuán)卿,楊勇新.碳纖維布在混凝土梁受彎構(gòu)件加固中抗剝離性能的試驗(yàn)研究J.建筑結(jié)構(gòu),2003,33(2):61265.2楊勇新,岳清瑞.碳纖維與混凝土粘結(jié)性能的試驗(yàn)研究J.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001,22(3):36241.3歐陽(yáng)煜,錢(qián)在茲.粘貼片材加固混凝土梁的端部剝離應(yīng)力分析J.建筑結(jié)構(gòu),2000,30(8):51253.4ZhiShenWu,JunYin.FracturingBehavioursofFRP2Strength2enedConcreteStructures

4、J.EngineeringFractureMechanics,2003(9):133921355.5J.G.Teng,S.T.Smith.Intermediatecrack2induceddebondinginRCBeamsandSlabsJ.ConstructionandBuildingMateri2als,2003(17):4472462.6陣瑜,關(guān)建光,徐福泉.碳纖維布加固混凝土構(gòu)件的粘貼構(gòu)造與錨固技術(shù)J.建筑科學(xué),2000,16(6):34237.7CECS1462003,碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程S.8葉列平,方團(tuán)卿,楊勇新,等.CFRP布在混凝土梁受彎加固中抗剝離性能的試驗(yàn)研

5、究A.高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中應(yīng)用的基礎(chǔ)研究論文集C.2007:3372349.9于天來(lái).碳纖維加固鋼筋混凝土梁性能研究D.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2005.4防止界面剝離破壞的構(gòu)造措施7碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中第4.3.8條和第4.3.9條規(guī)定了防止碳纖維剝離的構(gòu)造措施。但這些錨固措施除粘結(jié)錨固長(zhǎng)度有明確計(jì)算外,其余僅是一些構(gòu)造性規(guī)定和建議。5無(wú)機(jī)膠粘貼碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁附加錨固措施的建議1)對(duì)梁、板正彎矩區(qū)進(jìn)行受彎加固時(shí),碳纖維片材宜延伸至支座邊緣。在集中荷載作用點(diǎn)兩側(cè)宜設(shè)置構(gòu)造的碳纖維片材U形箍或橫向壓條。針對(duì)本次試驗(yàn)中的試驗(yàn)梁,由于試驗(yàn)梁多在靠近

6、加載點(diǎn)處最先發(fā)生破壞,建議在靠近加載點(diǎn)處純彎段內(nèi)設(shè)置兩附加U形箍;2)在剪力和彎矩較大處及有突變處設(shè)置U形箍;3)U形箍應(yīng)在粘結(jié)延伸長(zhǎng)度范圍均勻設(shè)置,U形箍?jī)糸g距不大于梁高的1/4,高度不小于梁高的1/2,每道U形箍量不小于梁底CFRP加固量的1/2;4)U形箍寬度最好在10cm以上。Theexperimentalresearchofthestrengtheningandbending2resistmeasuresforadditionalanchorbypastingCFSwithinorganicglueYANGLi2luanAbstract:Itstudiestwopiecesofrei

7、nforcedconcretebeamswhicharestrengthenedbypastingCFSwithinorganicglue.Basedontheresultoftheexperiment,andcombiningwithpreviousresearches,itproposesthestrengtheningandbending2resistmeasuresforadditionalanchorbypastingCFSwithinorganicglue,inthehopeofimprovethestrengtheningeffectofCFS.Keywords:CFS,rein

8、forcedconcretebeams,inorganicglue,strengthening,measureofadditionalanchor收稿日期:2010201225作者簡(jiǎn)介:杜紅旭(19702),男,工程師,河南省神火煤電股份有限公司,河南永城476600張華(19732),男,工程師,河南神火建筑安裝工程有限公司,河南永城47660058第36卷第15期山2010年5月西建筑(1)M¨x(t)+C x(t)+Kx(t)=f(t)其中,M為質(zhì)量矩陣;C為比例阻尼矩陣;K為剛度矩陣;¨x(t), x(t),x(t)分別為t時(shí)間步內(nèi)加速度向量、速度向量和位移向量。結(jié)

9、構(gòu)彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析是將建筑物作為彈塑性振動(dòng)系統(tǒng),直接輸入地面地震加速度記錄4,對(duì)運(yùn)動(dòng)方程直接積分,從而獲得計(jì)算系統(tǒng)各質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震剪力的時(shí)程變化曲線。通過(guò)計(jì)算還可以分析出結(jié)構(gòu)的薄弱層和構(gòu)件塑性鉸位置。所以這種分析方法能更準(zhǔn)確而完整地反映結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下的變形特性,是改善結(jié)構(gòu)抗震能力、提高抗震設(shè)計(jì)水平的一項(xiàng)重要措施。彈塑性動(dòng)力分析步驟如下:1)建立整體結(jié)構(gòu)模型;2)定義材料的本構(gòu)關(guān)系,通過(guò)對(duì)各個(gè)構(gòu)件指定相應(yīng)的單元類型和材料類型確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的各參數(shù);3)施加恒、活荷載等豎向荷載值以及風(fēng)等橫向荷載;4)輸入適合本場(chǎng)地的地震波;5)定義模型的邊界條件;6)計(jì)算,并對(duì)結(jié)

10、果進(jìn)行評(píng)定。能夠滿足計(jì)算要求。4實(shí)例分析某5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),層高3.3m,跨度6m,每層6個(gè)開(kāi)間,每個(gè)開(kāi)間3.9m,框架柱為500mm×500mm,框架梁分別為250mm×600mm,250mm×400mm,連梁采用250mm×400mm,250mm×300mm兩種交替布置,如圖1所示。樓面恒荷載3.5kN/m,活荷載2.5kN/m2,屋面恒載1.5kN/m2,活荷載1.5kN/m2。本工程分別選用EL2centro波、Maxcit波、Taft波施加在結(jié)構(gòu)上,按照特征周期Tg=0.35s,8度(0.2g)罕遇地震(大震)作用下峰值加速度的

11、取值采用400gal,震動(dòng)持續(xù)時(shí)間20s。運(yùn)用有限元軟件Midas進(jìn)行計(jì)算分析,Midas的加載模式有三種方式:靜力加載、加速度常量、模態(tài)方式7。本例中采用了模態(tài)加載方式,選擇第一模態(tài)方式加載。本文對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析,梁、,混凝土材料受壓對(duì)于梁?jiǎn)卧?一般僅考慮彎,2Mz;對(duì)柱單元,考慮由軸,PMM型。塑性鉸。2能力譜及需求譜曲線的確定能力譜曲線是通過(guò)靜力推覆分析方法得到的,結(jié)構(gòu),需要按一定的變形模式(通常為基本振型)等效化為單自由度體系,態(tài)質(zhì)量m轉(zhuǎn)化為譜加速1<n1后轉(zhuǎn)換為譜位移D,5a=,D=1<n1m1(2)其中,m1為第一振型的等效模態(tài)質(zhì)量,m1=nnm<21jj

12、j=1n;jjm<211為結(jié)構(gòu)第一振型的等效參與系數(shù),1=nm<1jj,mj為j頂點(diǎn)jj=1m<12j的集中質(zhì)量,<j1為第一振型j位置質(zhì)點(diǎn)的振幅;<n1為第一振型在頂點(diǎn)的振型函數(shù)。需求譜曲線分為彈性和彈塑性兩種需求譜,對(duì)彈性需求譜,可以將典型(阻尼比為5%)加速度反應(yīng)譜與位移譜畫(huà)在同一坐標(biāo)系上,即將傳統(tǒng)反應(yīng)譜SaT曲線轉(zhuǎn)化為用Sa作縱坐標(biāo)和Sd作橫坐標(biāo)的新譜線6,利用彈性單自由度體系在地震作用下運(yùn)動(dòng)方程的轉(zhuǎn)換關(guān)系由式(2)得到新的需求譜線。Sd=224經(jīng)計(jì)算分析后,得到性能點(diǎn),根據(jù)性能點(diǎn)時(shí)的變形,對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià):1)頂點(diǎn)側(cè)移是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性頂

13、點(diǎn)位移限值。2)層間位移角是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值。3)構(gòu)件的局部變形即指梁、柱等構(gòu)件塑性鉸的變形,檢驗(yàn)它是否超過(guò)建筑某一性能水準(zhǔn)下的允許變形。通過(guò)計(jì)算,在罕遇地震作用下輸入EL2centro波時(shí)結(jié)構(gòu)塑性鉸,計(jì)算得平均層間位移角為1/168,小于規(guī)范規(guī)定1/100限值,說(shuō)明結(jié)構(gòu)在8度(0.2g)罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)整體能夠保持直立,即保證“大震不倒”,如果局部某個(gè)構(gòu)件不滿足塑性限值要求,則需要局部加強(qiáng),而不會(huì)改變整體結(jié)構(gòu)的性能。5結(jié)語(yǔ)本文介紹了框架結(jié)構(gòu)彈塑性分析的基本原理和方法,并結(jié)合一鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能分析。結(jié)果表明:1)pushover分析方法可以按照規(guī)范對(duì)

14、結(jié)構(gòu)的抗震性能作出合理的評(píng)價(jià),為實(shí)現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計(jì)提供了很好的計(jì)算方法。2)靜力彈塑性能夠較好的反映結(jié)構(gòu)側(cè)向承載力的性能。3)從彈塑性鉸分布情況,可以判斷結(jié)構(gòu)薄弱層所在。4)采用能力譜方法求出罕遇地震下結(jié)構(gòu)的目標(biāo)位移,為結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。5)該種結(jié)構(gòu)形式的廠房在8度(0.2g)地區(qū),采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施,能夠滿足我國(guó)抗震設(shè)計(jì)三階段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。參考文獻(xiàn):1劉學(xué)江,劉加進(jìn).大型水電站廠房上部結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析J.水力發(fā)電,2009(8):45248.2堯國(guó)皇,黃用軍,宋寶東.鋼框架鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)的動(dòng)力彈塑性分析J.深圳土木與建筑,2007(4):56259.3郭明,劉學(xué)軍.某

15、特大型站房的靜力彈塑性分析J.鐵道勘察,2008(4):1002102.Sa(3)其中,Sd為位移譜值;Sa為加速度譜值;T為自振周期。3地震波的選取地震波的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較大,不同的地震波分析的結(jié)果可能有較大的差別。應(yīng)使輸入的地震波在頻譜特征性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間上與工程的實(shí)際條件相符。頻譜特征性由場(chǎng)地類別和地震分組確定;有效峰值可按規(guī)范取值,要使每條記錄在統(tǒng)計(jì)意義上符合場(chǎng)地特征譜線;持續(xù)時(shí)間一般為結(jié)構(gòu)基本周期的5倍10倍。一般選擇不少于符合場(chǎng)地類別和地震分組的兩組實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬加速度時(shí)程曲線,先進(jìn)行彈性時(shí)程分析,若每條地震波計(jì)算得到的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果

16、的65%,多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的80%,可以認(rèn)為選擇的地震波第36卷第15期36No.15山西建筑Vol.2010年5月May.2010SHANXIARCHITECTURE文章編號(hào):100926825(2010)152005920259上海灘花園超限高層建筑初步設(shè)計(jì)許文耿柳摘要:針對(duì)上海灘花園中4棟超高層住宅的結(jié)構(gòu)超限特點(diǎn),采取了基于性能的抗震設(shè)計(jì)和比現(xiàn)行規(guī)范要求更為嚴(yán)格的抗震措施。采用SATWE,PMSAP程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的計(jì)算,結(jié)果表明,本工程抗震性能較好,結(jié)構(gòu)體系安全可行。關(guān)鍵詞:超高層住宅,抗震性能,水平位移,技術(shù)措施中圖分類號(hào)

17、:TU972文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1概述本工程地面以上為8幢高層住宅及2幢多層會(huì)所。其中8幢高層結(jié)構(gòu)形式為:A型26層框支剪力墻結(jié)構(gòu),B,C,D,K型34層剪力墻結(jié)構(gòu),E型18層框支剪力墻結(jié)構(gòu),F型22層框支剪力墻結(jié)構(gòu),G型20層框支剪力墻結(jié)構(gòu);2幢會(huì)所為多層框架結(jié)構(gòu)。本工程設(shè)地下室1層(局部2層),將上述各單體連成一體。其中B,C,D型塔樓下地下2層為6防地下室(人員掩蔽所)。系數(shù)a0.120.2平均為0.13MPa-1,比貫入阻力Ps最小平均值為15.67MPa,屬中等低等壓縮性。該層作為塔樓樁基持力層。1青灰色粉細(xì)砂,但埋藏較深。2)地下水年0.50m,。434層塔樓下筏板厚度為122層塔樓下筏

18、板厚度為1200mm,26層塔樓下1500mm,其余部位地下室基礎(chǔ)底板厚度為800mm。本工程擬采用鉆孔灌注樁,高層塔樓下采用<800樁,樁長(zhǎng)約45m,樁尖進(jìn)入22層。單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值約為3400kN。其余地下室部分采用<550抗拔樁,樁長(zhǎng)約25m。單樁豎向上拔力設(shè)計(jì)值約為450kN。2抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),設(shè)本地震加速度值為0.10g,建筑場(chǎng)地類別為類,場(chǎng)地特征周期Tg=0.90s,建筑抗震設(shè)防分類為丙類。本工程地下室按人防6級(jí)設(shè)防。5建筑結(jié)構(gòu)布置和類型及超限情況1)結(jié)構(gòu)體系見(jiàn)表1。表1結(jié)構(gòu)體系類型BCDK高度/m99.099.0100100高寬比6.9高度級(jí)別A級(jí)

19、A級(jí)A級(jí)A結(jié)構(gòu)體系剪力墻剪力墻剪力墻3擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)概況1)本工程基底土層自上而下依次為:3砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,該層為液化層。淤泥質(zhì)黏土。121灰色粉質(zhì)黏土,壓縮系數(shù)a0.120.2平均為0.48MPa-1,比貫入阻力Ps最小平均值為0.80MPa,屬中等壓縮性。122灰色粉質(zhì)黏土,壓縮系數(shù)a0.120.2平均為0.34MPa-1,比貫入阻力Ps最小平均值為1.58MPa,屬中等壓縮性。4灰綠色粉質(zhì)黏土,壓縮系數(shù)a0.120.2平均為0.31MPa-1,屬中等壓縮性,厚度分布均勻。暗綠草黃色粉質(zhì)黏土,壓縮系數(shù)a0.120.2平均為0.24MPa-1,比貫入阻力Ps最小平均值為2.88M

20、Pa,屬中等壓縮性。1灰黃灰色砂質(zhì)粉土,壓縮系數(shù)a0.120.2平均為0.16MPa-1,比貫入阻力Ps最小平均值為8.11MPa,屬中等壓縮性。2灰黃灰色粉細(xì)砂,壓縮4彪仿俊,閻曉銘,陳志強(qiáng),等.動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的方法及其應(yīng)用J.深圳土木與建筑,2006(1):26229.5李彥峰,徐巍.基于pushover分析的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)方法研究J.吉林勘察設(shè)計(jì),2007(2):54255.2)各單體結(jié)構(gòu)超限情況。B,C,D,K樓均為34層剪力墻結(jié)構(gòu),各樓平面寬度較窄,高寬比大于6,超出規(guī)范規(guī)定的該結(jié)構(gòu)類型適用的最大高寬比要求。其中B樓南部軸軸房間凸出4.9m,超出建筑最大寬度(17.1m)的30%,C樓樓梯間凹入7.4m,超出建筑最大寬度(18.8m)的30%,D,