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近年来,近场地震发生频繁且均造成较为严重的经济损失和社会影响,如北岭地震、阪神地震、集集地震、汶川地震、宫城地震,其震中都位于断层附近且均造成严重的经济损失,特别是汶川地震造成的直接经济损失创新中国成立以来之最。因此,如何减小近场地震作用下由于结构的损坏所造成的经济损失和社会影响,是我们最为关心的问题。消能减震结构以其特有的安全性、经济性、实用性在土木工程领域受到广泛的应用与研究,将其与基于性能的抗震设计理念相结合,对结构进行基于性能的减震设计近年来成为研究者关注的热点,但目前针对近场地震作用下偏心结构基于性能的减震设计还比较少,需要我们做进一步研究。对于偏心结构,扭转响应可能成为结构遭受破坏的主要因素,因此,我们可能更为关注偏心结构的扭转变形性能,但现有基于性能的抗震评估大多都以层间位移角为指标,并不能反映结构的扭转性能,以扭转角为指标的基于性能的抗震评估理论研究还比较少。针对上述问题,本文围绕偏心框剪结构近场地震响应、基于性能的减震设计、原结构与附加阻尼器结构的扭转性能评估,开展以下研究工作:
(1)为了研究偏心框剪结构在近场地震作用下的抗震性能,利用符合要求的10条远场、10条近场地震波对结构进行时程分析。对近场与远场地震作用下偏心框剪结构的顶点位移、楼层位移、层间位移、层间位移角、扭转位移角进行对比分析,得到这两种地震动作用下结构各种响应的大小及特点。研究表明,无论是小震、中震还是大震,结构在近场地震作用下产生的响应均大于远场地震作用,且随着地震强度的增大,响应的差值也增大。
(2)将能力谱法的基本原理与基于多模态的耗能减震设计方法相结合,对近场地震作用下偏心框剪结构进行性能设计。首先,提出附加阻尼器后结构的性能目标,对原结构各阶模态进行pushover分析,得到各阶模态等效单自由度体系的最大位移比值,利用SRSS法将目标位移用1阶模态等效单自由度体系的最大允许位移表示;然后,依据能力谱法的基本原理计算结构所需附加阻尼比并根据阻尼系数与层间位移成正比的分配模式计算阻尼系数;最后,对所选粘滞阻尼器进行合理的布置。时程分析结果表明:附加阻尼器后结构的位移响应减小较多,层间位移角趋于均匀,其抗震性能可达到预先提出的性能目标。
(3)利用扭转角能力谱法对原结构及附加阻尼器后结构的抗震性能进行评估。将弹性时程计算法与扭转角能力谱法相结合,建立偏心框剪结构的扭转角需求曲线和能力曲线并将其绘制于同一图中。对比分析需求曲线与能力曲线,得出原结构与附加阻尼器结构的抗震性能,并对大震下的评估结果进行修正。计算结果表明:与非线性时程计算结果相比,修正后结合弹性时程计算法的扭转角能力谱法可准确而且全面的评价偏心框剪结构的抗震性能;附加阻尼器可减小扭转不规则结构的扭转位移比,提高结构的抗震性能。