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地震的发生和地震的强度具有高度不确定性,现行建筑抗震设计规范采用了多地震水平和多设防目标的抗震设计思想,但这些方法仍属于基于力的弹性设计方法,难以全面考虑结构进入非线性阶段后的损伤破坏及性能变化,因此近年又提出了基于位移的抗震设计方法。基于位移的抗震设计方法通过限制结构在不同地震水平下的侧向位移,实现对地震下结构性能的控制,是下一代结构抗震设计规范的发展方向。然而,对于多层、多跨的钢筋混凝土(RC)结构,早期基于位移抗震设计方法通常需在完成初步设计后通过地震作用下的位移验算经多次迭代确定结构最终设计内力和配筋,无法直接进行设计,不便于实际应用,为此学者们随后提出了直接基于位移的结构抗震设计方法。直接基于位移的结构抗震设计方法是按照预先设定的侧向位移曲线将非线性多自由度(MDOF)结构转化具有较高等效阻尼和等效周期的线性单自由度(SDOF)结构,结合拟静力非线性分析基本原理确定目标位移下的地震作用,然后对预设位移下的结构进行内力计算,最后根据计算结果进行配筋设计。直接基于位移的钢筋混凝土结构抗震设计方法较适用于侧向变形以第一振型为主的中低层结构。对于RC框架结构,目前直接基于位移的抗震设计方法尚有很多不足,主要体现在:①既有研究采用的等效阻尼比模型多是直接通过单自由度体系使用简化滞回模型分析得到的,不能充分反映结构的整体非线性特征;②既有方法采用的侧向位移曲线通常是固定形式的,没有考虑实际结构在侧向荷载下随塑性铰数目增加、非线性程度加深而导致的曲线形式变化;③结构出现塑性铰后,没有按照预期的侧向变形使用合理的力学方法进行内力计算,从而难以考虑结构各楼层侧向位移与设定的侧向位移分布一致。本文针对上述问题,对直接基于位移的RC框架结构抗震设计方法进行了深入研究。主要研究内容和结论如下:(1)提出了结构整体等效阻尼比模型。基于现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2016)建立了 66个具有不同楼层数、不同跨度和不同抗震设防能力的中低层钢筋混凝土框架结构模型,采用OpenSees软件对其中以延性方式破坏的结构进行单向和往复推覆分析,研究了不同结构归一化整体滞回曲线的特征,提出了统一的整体滞回环计算公式,基于等能量原则建立了结构整体等效阻尼比模型;对所筛选的结构进行弹塑性动力时程分析,以动力时程分析的最大位移为基础对整体等效阻尼比模型进行修正。算例分析表明,采用修正后的整体等效阻尼比模型对结构进行拟静力非线性分析,得到的结构顶点最大位移与多条地震激励下由非线性时程分析得到的结构平均最大位移基本一致,所提阻尼比模型可以更好的反映结构整体耗能特性,能够用于中低层RC框架结构直接基于位移的抗震设计。(2)提出了能描述结构由弹性到弹塑性不同损伤状态的侧向位移分布计算模型。对所建立的66个RC框架结构进行单向推覆分析,根据塑性铰出现的位置和次序,分析各结构的破坏机制,筛选出具有延性破坏模式的结构,分析其在不同损伤状态下的楼层侧向位移分布,分析表明,弹性阶段结构的侧向位移可使用其弹性第一振型近似预测,随结构损伤程度的加深,侧向位移逐渐偏离弹性第一振型;在此基础上提出了能反映结构由弹性到弹塑性不同损伤状态下侧向位移分布演化全过程的计算表达式。与结构弹塑性动力时程计算结果的对比分析表明,在不同最大层间位移角下,使用所提表达式得到的结构侧向位移分布曲线与动力时程分析得到的曲线基本一致,可为RC框架结构基于位移的多性能目标抗震设计奠定基础。(3)通过建立理想弹塑性钢筋混凝土框架结构内力计算模型,提出了地震下使计算的楼层侧向位移分布与设定的侧向位移分布一致的内力计算方法。根据地震作用下结构由弹性状态进入弹塑性状态的演化过程,将结构受力变形过程简化为水平荷载下弹性变形和增量塑性变形两阶段,在增量塑性变形阶段,基于塑性铰区域的弹性-完全塑性假定,将结构该阶段位移分解为增量水平荷载产生的位移与塑性铰抵抗弯矩产生的位移之和;采用结构力学方法对理想的弹塑性结构进行分析,以各楼层计算水平侧移分布与设定侧移分布之差最小为原则,计算各塑性铰处的弯矩。最后将两个阶段所得内力叠加得到结构各构件的内力。通过一算例结构给出所提内力计算方法的详细过程,使用计算所得结果确定该结构中塑性构件的承载力,并对其进行非线性分析,得到的侧向位移分布与规定侧向位移曲线基本一致,说明了所提方法的可行性。(4)实现了本文提出的模型和公式在RC框架结构直接基于位移抗震设计中的应用。综合使用提出的结构整体等效阻尼比模型、侧向位移分布模型和理想弹塑性钢筋混凝土结构内力计算方法,考虑不同水准地震作用下的多个性能目标,采用直接基于位移抗震设计方法对一 6层钢筋混凝土框架结构进行了多性能目标抗震设计。通过对所设计结构进行弹塑性动力时程分析,论证了提出的模型和方法的适用性和合理性;将直接基于位移抗震设计方法的设计结果与传统基于力的基底剪力法的设计结果进行了对比,并对设计结果的差异进行了分析和讨论。