单侧填土作用下框架结构损伤及弹塑性地震响应分析

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本文针对某框架结构商住楼在初始设计时没有考虑北面单侧回填土作用,后续使用过程中单侧回填土作用下的损伤问题,对结构缝左、右两个单元结构进行静力推覆分析,理论与实践相结合进行结构损伤评估,并在此基础上再进行动力弹塑性分析,研究损伤结构在地震作用下的动力弹塑性响应。由于该结构设计时没有考虑填土作用,继续以该结构模型为基础,进行考虑单侧填土作用下的结构设计(相当于加固设计),然后以加固模型进行单侧填土作用下的动力弹塑性分析,分析时采用了考虑与不考虑框架结构-回填土共同作用两种工况,得到以下结论:(1)由于实际单侧填土接近一层楼高,取一层层高填土产生的土压力作为侧向荷载工况,采用FEMA推荐的构件的使用性能标准,对结构进行静力推覆分析。发现在填土作用下,结构出现扭转现象,结构仅在北面底层框架柱处出现塑性铰,左单元底层出现一个处于CP阶段的柱铰以及三个IO段的柱铰,右单元底层分别出现一个处于B阶段和IO段的柱铰。(2)分析损伤结构在罕遇地震下的弹塑性响应,分析时考虑结构与单侧填土的共同作用,构件采用修正武田三折线本构模型,并与无填土作用下结构的弹塑性结果对比。发现结构在沿填土方向的地震作用下,除在填土作用下底层已经屈服的柱铰,底层并没有新增屈服柱铰出现;但是上部楼层柱铰屈服比例比无填土结构模型多。说明由于结构与填土的共同作用,地震作用并没有加剧底层结构柱的损伤,主要是加大了上部结构部位的动力响应。(3)针对结构在沿填土方向地震作用下,上部柱铰屈服比例增加这一现象,对损伤模型结构底层施加侧向支撑,再进行动力弹塑性分析。结果表明,施加支撑以后,仅能减小结构底层的层间位移角,梁、柱铰屈服比例并未降低。(4)对结构底层柱以加大截面的形式进行加固,重新设计配筋,然后进行填土作用下的动力弹塑性分析,分析时采用了考虑与不考虑结构-回填土相互作用两种力学计算模型。发现罕遇地震作用下,不考虑结构与土相互作用,结构底层柱铰屈服比例较大,而考虑结构与土相互作用的情况下,结构底层层间位移角明显减小,且结构底层没有柱铰进入屈服,上部柱铰屈服比例也有所降低。
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