独立基础上RC框架结构的Pushover分析应用研究

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土-结构相互作用是影响结构地震响应的重要因素,但现行的抗震设计方法大多数没有考虑它的影响,而是采用刚性地基假定的方法。自基于性能的抗震设计思想诞生以来一直被视为结构抗震设计的发展方向,FEMA研究报告指出,基于性能的抗震设计应该以可靠度理论为基础。Pushover分析方法作为基于性能抗震设计理论的核心方法,概率Pushover分析方法已得到了一定的发展,但这些研究结果主要局限于刚性假定,没有考虑土-结构相互作用的影响,且该方法尚且不够成熟。因此,在考虑土-结构相互作用的情况下,对现行确定性Pushover分析方法的保证率和适用性进行研究是很有必要的。  本文首先对土-结构相互作用理论进行了介绍,包括土-结构相互作用的影响因素、模型的建立以及其参数的计算;重点从水平荷载加载模式、结构抗震性能点的求解以及结构抗震性能评估等方面探讨了Pushover分析方法的基本原理;对本文用到的有限元软件SAP2000中的本构关系以及集中塑性铰模型进行了较为详细的描述,并用实例验证了考虑土-结构相互作用进行Pushover分析的必要性。  其次,对一6层独立基础上的平面框架进行实例分析,在刚性地基假定和考虑土-结构相互作用这两种情况下,比较结构的自振周期和质量参与系数。通过对两种情况下结构模型施以不同侧向力加载模式,比较不同侧向力加载模式下的结构能力曲线、罕遇地震下的性能点以及结构在性能点处的地震响应。在不同场地类别上对结构进行Pushover分析,比较了结构在不同场地类别上的自振特性、能力曲线、罕遇地震下的性能点、性能点处的地震响应以及结构的屈服机制的差异。  接着,探究了独立基础上基础梁对结构地震响应的影响,通过在独立基础上设置不同界面尺寸的基础梁建立七个模型,比较模型地震响应的差异,从而对基础梁的设计提出了一定的建议。  之后,对所建立的七个模型,选用了Whittier Narrows波、TAFT波和一条人工波对结构进行非线性动力时程分析,比较了不同地震波下结构的地震响应,包括基底剪力、顶点侧移以及层间位移角等。通过对比时程分析结果与Pushover分析结果,验证了考虑独立基础影响的Pushover分析方法对结构进行抗震性能研究是有效可行的。  最后,对PKPM设计的6度至9度各种场地条件下的6层独立基础上平面框架进行Pushover分析,求出刚性地基假定和考虑土-结构相互作用两种情况下相应的能力曲线以及性能点。从美国PEER强震数据库随机选取的适合不同场地条件的500条实际地震记录对所设计结构的两种体系模型进行实际需求谱Pushover分析,通过对比确定性Pushover分析和实际需求谱Pushover分析得到的顶点位移探讨了两种情况下确定性Pushover分析方法在各种条件下的保证率和适用性。
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