高强配筋框架-剪力墙结构双向地震作用下抗震性能研究

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高强钢筋具有强度高、延性好、经济及环保综合性能良好等优点,在工程建设中推广应用高强钢筋是贯彻落实科学发展观、落实“节能减排”目标、实现建筑业可持续发展的有效手段。虽然有不少学者对配置高强钢筋的混凝土构件的承载力、变形能力和抗震性能等方面做了许多试验研究,但关于配置高强钢筋的结构整体抗震性能的理论分析方面的研究还相对缺乏。框架-剪力墙结构在实际工程中应用广泛,但配置高强钢筋的该类结构抗震性能的相关理论研究较少,特别是在双向地震波输入下该类结构地震反应的研究更少。因此有必要对高强配筋框架-剪力墙结构的抗震性能开展进一步的深入研究。
  本文按照中国现行设计规范,针对7度(0.15g)、8度(0.3g)与9度(0.4g)三个设防烈度区,设计出在梁、柱、墙构件中分别配置HRB400、HRB500和HRB600钢筋作为受力纵筋的框架-剪力墙结构算例,并采用OpenSEES软件完成了双向地震波输入下结构在罕遇水准地震作用下的弹塑性动力时程分析,从结构整体响应和构件局部响应两个方面研究和总结高强配筋框架-剪力墙结构的地震反应规律。得到的主要结论如下:
  1、在结构主要受力构件中采用“等强代换”配置HRB500、HRB600高强钢筋作为受力纵筋后,结构的钢筋用量逐次明显减小,但受最小配筋率等构造措施影响,最终不同设防烈度度区配置HRB500、HRB600钢筋的框架-剪力墙结构的钢筋总用量较配置HRB400级钢筋的结构分别减少约10%、15%。
  2、从结构整体地震响应来看,7、8、9度区结构有相似的规律,随着配筋强度提高,结构顶点位移和层间位移角呈现略微增大趋势,但仍满足规范的弹塑性位移限值要求;层剪力以及框架与剪力墙之间的剪力分配则无明显规律;根据最大层间位移角来判断,3个抗震烈度区不同配筋结构在罕遇地震下均处于“中等破坏”性能水准;不同强度配筋的结构破坏程度接近。总体上看,钢筋强度改变对于框架-剪力墙结构整体地震响应的影响不显著。
  3、从结构局部地震反应来看,同一设防烈度区结构随着配筋强度的提高,构件杆端最大转角和转动能力-需求比呈增大趋势,构件出铰率明显降低且首次出铰时间推迟;说明配置HRB500、HRB600高强钢筋的结构构件具有更大的转动潜力,从构件层面来看其抗震性能有所提高。总的来说,配置高强钢筋可一定程度上改善框架-剪力墙结构的局部地震反应性能。
  4、综合结构整体和局部地震响应来看,在框架-剪力墙结构的主受力构件中配置高强钢筋不会明显削弱结构整体抗震性能,可一定程度上改善结构的局部地震反应性能;罕遇地震下结构可满足“大震不倒”的抗震设防目标,表明配置高强钢筋的框架-剪力墙结构在罕遇地震作用下抗震性能良好。
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