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剪力墙结构基于性态的抗震设计方法研究

作　者: 章红梅
导　师: 吕西林
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 性态抗震设计方法 剪力墙结构 弹塑性位移反应谱 延性需求谱 低周反复荷载试验 位移角
分类号: TU352.11
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


基于性态的抗震设计是根据建筑物的重要性和用途，确定不同的抗震设防标准下建筑的性态目标，使所设计的建筑在未来的地震中具备预期的功能，从而使建筑物在整个寿命期内，在遭遇可能发生的地震作用下，总的费用达到最小。基于性态的抗震设计方法自20世纪90年代提出以来，受到了广大科研和设计人员的关注，现已成为21世纪各国抗震设计规范修订的主要方向。本文以剪力墙结构作为研究对象，进行了剪力墙结构及构件基于性态的设计方法的研究，主要内容包括：讨论了如何合理划分设防水准和剪力墙结构性态目标。总结归纳了国内外性态水准研究成果，提出一套不同超越概率的“四水准”抗震设防性态水准，并归纳了各性态水准下剪力墙结构的性态描述，在试验的基础上定义了各性态水准对应的构件性能状态，以及各性能状态对应的层间位移角范围，将剪力墙结构的性态水准与剪力墙构件的位移角状态联系起来，并进一步在试验统计基础上量化了性态目标。在国内外关于构件损伤、结构损伤的损伤模型研究成果的基础上归纳统计了国内外对各性能状态下损伤指数的范围界定，提出了推荐采用的各级性态水准下的损伤指数界定范围。以宏观表现的形式给出相应的损伤描述，将各性能状态与损坏程度进行整理，量化了具体破坏程度，并分析了剪力墙结构的损伤模型，以试验数据对当前常用的各损伤模型进行了对比评估。讨论了剪力墙结构基于性态设计方法的具体步骤。将弹塑性位移反应谱法作为剪力墙结构非线性阶段位移反应的估计方法，将其应用到剪力墙结构的性态设计当中。讨论了国内外Pushover方法的研究成果，制定了一套剪力墙结构性态设计的具体步骤。此外，还对剪力墙结构性态设计需要注意的构造措施也做出了说明。本文通过剪力墙的低周反复荷载试验对剪力墙各设计参数做了较系统的研究。变化的参数包括：轴压比、高宽比、混凝土强度、边缘纵筋配筋率、边缘约束区长度、边缘配箍特征值。本文在试验的基础上，对剪力墙各设计参数对抗震性态的影响展开研究和分析，对影响剪力墙抗震性态的各参数做了量化的拟合，从试验的基础上总结出一套适用于剪力墙性态设计的具体的构件截面设计方法，同时也为进一步了解剪力墙的抗震性态提供了较系统的试验依据。结构变形能力是非线性阶段需要重点关注的问题。本文在试验的基础上对现行规范剪力墙承载能力估计方法、不同截面特征的剪力墙屈服位移角、峰值位移角和极限位移角的估计方法进行了探讨。研究了影响剪力墙抗震性态的各参数与目标位移控制点的关系，并在所提出的设计方法的基础上制定了剪力墙截面设计的详细步骤。最后，以实例的方式进一步说明了本文提出的剪力墙结构基于性态的抗震设计方法步骤。利用CANNY作为分析手段，对该实例结构进行了9条地震波作用下的位移分析，分析结果表明通过弹塑性位移反应谱法计算得到的剪力墙结构目标位移与时程分析得到的最大位移反应吻合良好，弹塑性位移反应谱法是一种较为可靠的剪力墙结构非线性位移估计方法。根据弹塑性位移反应谱法得到的目标位移和本文拟合的剪力墙构件各性能状态位移角估算公式进行验算、调整，可以实现剪力墙结构不同的性态目标。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第1章 绪论  14-34
  1.1 引言  14-16
  1.2 基于性态的抗震设计理论的提出  16-30
    1.2.1 抗震设计理论的发展过程  16-21
    1.2.2 近年来地震震害及其特点  21-23
    1.2.3 现行抗震设计方法的不足  23-26
    1.2.4 基于性态抗震设计的定义和目标  26-28
    1.2.5 性态设计主要方法及特点  28-30
  1.3 本文研究内容  30-34
第2章 抗震设防水准和性态目标  34-56
  2.1 “四水准”抗震设防水准的提出  34-39
    2.1.1 国内外抗震设防水准的划分  35-36
    2.1.2 本文推荐的“四水准”设防水准  36-37
    2.1.3 “四水准”的实际意义及应用价值  37-38
    2.1.4 “四水准”的应用仍需做的工作  38-39
  2.2 钢筋混凝土剪力墙结构的性态目标  39-54
    2.2.1 性态目标的定义  39-44
    2.2.2 经济性—功能性双重兼顾原则  44-45
    2.2.3 性态目标参数的量化研究  45-49
    2.2.4 本文建议的性态目标量化值  49-54
  2.3 本章小结  54-56
第3章 剪力墙结构性态评价标准—损伤指数  56-69
  3.1 混凝土材料的组织结构及破坏机理  56-57
  3.2 破坏准则  57-58
  3.3 剪力墙结构的损伤指标  58-67
    3.3.1 地震损伤模型  59-62
    3.3.2 剪力墙结构的损伤模型  62-66
    3.3.3 本文建议的破坏等级与损伤指标量值  66-67
  3.4 本章小结  67-69
第4章 剪力墙结构性态设计方法和目标位移的确定  69-80
  4.1 能力谱方法在性态设计中的应用  69-71
  4.2 Pushover分析方法  71-73
  4.3 多自由度体系的等效  73-75
  4.4 弹塑性位移谱法的基本步骤  75-77
  4.5 剪力墙结构抗震构造措施  77-78
    4.5.1 剪力墙厚度的选择  77
    4.5.2 剪力墙分布钢筋  77
    4.5.3 剪力墙的轴压比  77-78
    4.5.4 剪力墙的边缘构件  78
    4.5.5 剪力墙延性抗震设计  78
  4.6 本章小结  78-80
第5章 剪力墙变参数抗震试验研究  80-93
  5.1 剪力墙截面设计方法研究概况  81-85
    5.1.1 轴压比  81-82
    5.1.2 高宽比  82-83
    5.1.3 混凝土强度  83-84
    5.1.4 边缘配筋情况  84-85
  5.2 剪力墙变参数试验研究  85-88
    5.2.1 试验规划  86-87
    5.2.2 试件设计  87-88
  5.3 本章小结  88-93
第6章 剪力墙变参数试验分析  93-116
  6.1 轴压比的影响  93-97
    6.1.1 试验结果及分析  93
    6.1.2 结果讨论  93-97
  6.2 高宽比的影响  97-101
    6.2.1 试验结果  98
    6.2.2 结果讨论  98-101
  6.3 混凝土强度的影响  101-103
    6.3.1 试验结果  101
    6.3.2 结果讨论  101-103
  6.4 边缘纵筋配筋率的影响  103-107
    6.4.1 试验结果  103
    6.4.2 结果讨论  103-107
  6.5 边缘约束区长度的影响  107-111
    6.5.1 试验结果  107
    6.5.2 结果讨论  107-111
  6.6 边缘配箍特征值的影响  111-114
    6.6.1 试验结果  111
    6.6.2 结果讨论  111-114
  6.7 本章小结  114-116
第7章 剪力墙设计参数与抗震性态的量化关系  116-143
  7.1 剪力墙受剪承载力的探讨  117-120
  7.2 剪力墙塑性铰区变形分量研究  120-123
  7.3 参数变量研究  123-125
    7.3.1 剪力墙延性系数和位移角  123-124
    7.3.2 屈服位移估计方法的研究概况  124-125
  7.4 材料应变与剪力墙性能状态  125-130
    7.4.1 约束混凝土与剪力墙性能状态  126-127
    7.4.2 纵筋应变与剪力墙性态  127-129
    7.4.3 材料应变状态与剪力墙性能状态  129-130
  7.5 θ_y、θ_p、θ_u与截面参数  130-140
    7.5.1 屈服位移角θ_y估算公式的建立  130-132
    7.5.2 极限位移角θ_u估算公式的建立  132-138
    7.5.3 峰值位移角θ_p估算公式的建立  138-140
  7.6 剪力墙截面设计步骤  140-142
  7.7 本章小结  142-143
第8章 剪力墙结构性态设计方法示例  143-163
  8.1 剪力墙性态设计基本步骤  143-147
  8.2 设计实例  147-159
    8.2.1 工程概况  147-149
    8.2.2 位移需求的确定  149-152
    8.2.3 位移需求时程验证  152-157
    8.2.4 构件设计  157-159
    8.2.5 性态评估  159
  8.3 按规范设计方法进行设计  159-160
  8.4 本文设计方法与规范方法的比较  160-161
  8.5 本章小结  161-163
第9章 结论及展望  163-168
  9.1 本文研究结论  163-166
    9.1.1 设防水准和性态目标  163-164
    9.1.2 损伤指数与性态目标  164
    9.1.3 性态设计方法和目标位移  164-165
    9.1.4 剪力墙变参数试验  165
    9.1.5 θ_y、θ_p、θ_u与截面参数  165-166
  9.2 需要进一步研究的工作  166-168
参考文献  168-176
附录1 三维结构静/动力结构分析程序—CANNY分析模型介绍  176-184
  (1) CANNY中的剪力墙分析模型  176-179
  (2) 剪力墙剪切恢复力模型  179-182
  (3) 仿真分析对比  182-184
附录2 剪力墙变参数试验部分加工图  184-189
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果  189-190
致谢  190

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 抗震结构
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