不同设防类别RC框架建筑结构的地震损坏比较分析

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现行《建筑抗震设计规范》(GB50011)对于抗震设计目标中“中震可修”的描述使得结构在“中震”作用下的性能很不明确,本文试图给建筑工程设计提供依据及参考,按照规范中对8度区的乙类和丙类RC框架结构的设计要求,分别设计了乙类和丙类RC框架结构,对乙类和丙类结构进行了地震作用下的损伤分析,以研究其抗震性能。(1)按照规范规定,利用PKPM软件分别设计了乙类和丙类两个RC框架结构建筑,设防烈度均为8度,且结构层数、布置以及截面尺寸都一样,不同的是乙类结构的抗震等级为一级,而丙类结构的抗震等级为二级。对乙类和丙类RC框架结构梁和柱的配筋情况进行了比较分析,对结构在多遇地震下的主要结果进行分析,对结构在罕遇地震下的层间弹塑性位移角进行验算分析。(2)分别对所设计的乙类、丙类RC框架结构建立ABAQUS有限元分析模型,并对所建模型进行模态分析与校核,得到SATWE和ABAQUS在弹性阶段的计算振型与周期大致相同,对两类结构进行多遇地震下的损伤分析,得到乙类和丙类结构的最大层间位移角分别为1/688和1/650,两类结构的主体结构基本完好,达到了“小震不坏”的水准,两个有限元模型符合设计要求。(3)对乙类和丙类RC框架结构分别进行了设防地震下的动力弹塑性时程分析,对3条地震波作用下两类结构的楼层位移、层间位移角以及结构的受压和受拉损伤等进行比较分析,选用结构响应最大的计算结果对两类结构的构件损伤进行比较分析,分析结果表明:设防地震下,乙类和丙类结构均发生了中等损坏,其中两类结构框架梁梁端的受压损伤属于中等损坏,乙类的损伤因子约为0.4,丙类的损伤因子约为0.5,各层框架柱柱底和柱顶的受压损伤均属于轻度损坏,受压损伤因子小于0.3,梁柱节点处受压损伤属于中等损坏,乙类的损伤因子约为0.4,丙类的损伤因子约为0.45;乙类结构首层框架柱柱底纵筋塑性应变约为0.0035,而丙类结构柱底纵筋的塑性应变约为0.005,乙类结构一二层框架梁梁端纵筋的塑性应变介于0.0018~0.006,而丙类结构梁端纵筋的塑性应变介于0.002~0.008。乙类结构因其框架柱和框架梁出现的损伤要明显小于丙类结构,且屈服钢筋的塑性应变小于丙类结构,表现出了比丙类结构更好的抗震性能。(4)对乙类和丙类RC框架结构分别进行罕遇地震下的动力弹塑性时程分析,对3条地震波作用下两类结构的楼层位移、层间位移角以及结构的受压和受拉损伤等进行比较分析,选用结构响应最大的计算结果对两类结构的构件损伤进行比较分析,分析结果表明:罕遇地震下,乙类和丙类结构均发生了严重损坏,其中两类结构大部分框架梁梁端的受压损伤属于中等损坏,损伤因子约为0.5,结构一二层少部分梁端的受压损伤属于严重损坏,乙类的损伤因子约为0.65,丙类的损伤因子约为0.8,各层框架柱柱顶和柱底以及大部分梁柱节点处的受压损伤属于中等损坏,损伤因子约为0.5,结构一二层梁柱节点处的受压损伤属于严重损坏,损伤因子约为0.7;乙类结构框架柱柱底绝大多数纵筋的塑性应变约为0.005,少数纵筋的塑性应变大于0.009,而丙类结构柱底一部分纵筋的塑性应变约为0.006,另一部分纵筋的塑性应变约为0.011,乙类结构框架梁梁端大多数纵筋的塑性应变介于0.003~0.008,而丙类结构梁端大多数纵筋的塑性应变介于0.005~0.008。乙类结构梁柱构件的受压损伤要明显小于丙类结构,框架柱产生塑性应变的钢筋明显少于丙类结构,且梁柱构件内屈服钢筋的塑性应变值也要小于丙类结构,表现出了比丙类结构更好的抗震能力。
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