CFT框架-RC剪力墙结构体系抗震性能研究

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合理的对结构进行抗震性能和抗倒塌能力评估,是改善该类型结构抗倒塌能力和优化抗震设计的前提与基础。钢管混凝土框架—钢筋混凝土剪力墙(CFT框架—RC剪力墙)结构作为一种新型结构体系,国内外缺少对该结构体系足够的抗震性能研究。为方便此类结构在工程实际的应用,有必要对该类结构进行抗倒塌定量分析。本文以7度(0.10g)和8度(0.20g)不同抗震设防水准的CFT框架—RC剪力墙结构体系为研究对象,对其抗震性能和抗倒塌能力进行了研究。本文首先提出了CFT框架—RC剪力墙结构的弹塑性分析模型,并进行了有限元模型验证。依据框架部分剪力分担率与框架承载能力等参数的不同,设计了6种典型的CFT框架—RC剪力墙结构算例,并建立了其空间模型与等效的平面分析模型。然后,分别采用静力与动力弹塑性分析方法对不同参数的结构展开了抗震性能研究。接着,采用IDA方法对该结构体系的地震易损性与抗倒塌能力进行分析,给出了不同算例结构的IDA曲线特征与规律、地震易损性矩阵和抗倒塌安全储备系数。最后,综合上述研究成果,为CFT框架—RC剪力墙结构在实际工程设计中提出设计建议。本研究的主要创新点包括:揭示了CFT框架—RC剪力墙结构不同剪力分担率和框架承载力对结构的抗震性能与抗倒塌能力的影响;提出了CFT框架—RC剪力墙结构弹塑性分析模型;通过IDA方法和地震易损性分析方法揭示了CFT框架—RC剪力墙结构的抗倒塌能力和易损性规律。基于本文的研究结果,得到如下主要结论:(1)通过对CFT框架—RC剪力墙结构进行静力推覆分析,分析了结构能力曲线和构件塑性分布发展情况发现:7度(0.10g)和8度(0.20g)抗震设防水准下,框架初始剪力高,框架刚度相对较大的CFT框架—RC剪力墙结构体系的初始刚度和结构峰值承载力最高;满足我国规范要求设计的CFT框架—RC剪力墙结构的构件塑性铰的发展顺序满足抗震设防防线要求和“强柱弱梁”的设计要求,有着良好的抗震性能。(2)通过对CFT框架—RC剪力墙结构进行动力弹塑性分析,分析了结构顶点位移、弹塑性层间位移角和构件塑性分布发展情况发现:相同抗震设防水准的三种算例的顶点位移指标非常接近,平均最大顶点位移值差距很小。7度(0.10g)抗震设防水准下,三种算例层间位移角平均值曲线分布模式接近;8度(0.20g)抗震设防水准下,三种算例层间位移角平均值曲线存在一定差异,框架初始剪力高,框架刚度相对较大的CFT框架—RC剪力墙结构变形性能更高。7度(0.10g)抗震设防水准下,三种算例的延性较为接近;8度(0.20g)抗震设防水准下,剪力调幅后部分楼层框架承载力不满足要求的CFT框架—RC剪力墙结构体系延性略低。(3)通过对CFT框架—RC剪力墙结构进行IDA分析和地震易损性分析发现:三种算例均能够在概率意义上很好的满足“三水准”的抗震设防要求;框架初始剪力高,框架刚度相对较大的CFT框架—RC剪力墙结构的抗倒塌安全系数最高,抗倒塌能力最强。(4)基于本文研究成果,针对CFT框架—RC剪力墙结构体系的工程设计提出如下设计建议:宜适当提高CFT框架刚度;宜提高底部加强部位剪力墙的设计要求;连梁宜采用弱连梁设计;可适当降低对CFT框架承载能力限值的要求。
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