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近场地震下框架柱抗震性能试验研究

作　者: 刘翼
导　师: 易伟建
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土柱低周反复荷载试验近场地震滞回曲线累积损伤耗能能力损伤模型
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 138次
引　用: 4次
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内容摘要

钢筋混凝土柱是混凝土框架主要的抗侧力构件,而框架柱的破坏是引起框架倒塌,并在震后难以修复的主要原因。本文针对近场地震动的特点,对4根大比例的钢筋混凝土模型柱进行低周反复荷载试验,在此基础上对钢筋混凝土柱的抗震性能及损伤进行了分析。本文进行了以下几方面的研究：(1)制定了整体试验计划,完成了试验装置的设计和制作；按照我国现有规范完成了4根大比例模型柱的设计和制作,并对钢筋和混凝土进行了材性试验；对一栋按8度抗震设防的高层框架进行了近场地震动下的非线性时程分析,共选用PGV/PGA>0.2的近场地震记录12条,PGV/PGA<0.2的近场地震记录8条,共计20条,结果表明近场地震动将明显提高框架结构的延性要求,其中,92%的GV/PGA>0.2的近场地震记录,不能通过8度罕遇地震下的弹塑性验算；根据混凝土框架柱近场地震动下位移时程曲线的特点,制定出了具有近场地震特点的加载制度,同时制订了详尽的试验测量方案。(2)共对四根钢筋混凝土柱进行了低周反复荷载试验,P-1模型柱主要用于验证试验装置的可靠性；L-1模型柱按标准加载制度加载,用于考察按现有《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001设计的混凝土柱的延性；L-2和L-3模型柱分别按考虑近场地震特点的加载制度加载和按传统加载制度加载,用于考察不同加载制度对钢筋混凝土柱抗震性能的影响；着重分析了L系列三根柱在低周反复荷载下的骨架曲线、刚度退化和耗能能力等滞回性能,加载制度的变化对抗震性能和塑性铰长度的影响,箍筋应变分布以及截面的约束应力,得到了以下结论：a.L-1柱的极限层间位移角为3%,位移延性为4.47,按现有规范设计的框架柱在近场区域延性储备不足；b.L-3柱过峰值位移后的小位移对应的平均割线刚度基本和峰值位移对应的平均割线刚度的相近,随着加载位移幅值的减小,平均割线刚度有略微的增加,与L-2柱的平均割线刚度相比,非峰值位移所对应的割线刚度明显小于L-2模型柱,但是峰值位移对应的割线刚度L-2柱和L-3柱基本一致,这说明峰值位移对应的割线刚度与峰值位移出现的先后无关；c.累积耗能能力与峰值位移出现的先后次序无关；d.塑性铰区域箍筋最大应变一般出现在离基座一半截面高度的地方；e.由于截面偏心受压的原因,截面两侧的箍筋应力很难同时达到屈服强度,所以按照J.B.Mander公式计算的截面约束应力,可能会高估实际的截面约束应力；f.塑性铰长度依赖于极限位移,所以按照本文制订的加载制度加载的L-2和L-3模型柱的塑性铰长度明显小于经验公式计算值,但是L-2和L-3模型柱的计算塑性铰长度一致,这说明峰值位移出现的次序对塑性铰长度没有影响。(3)研究了Park-Ang混凝土损伤模型对本文试验损伤评估的准确性,对比结果表明：虽然尽量采用了L-1模型柱的试验结果确定Park-Ang混凝土损伤模型中的参数,但仍难对L-2和L-3钢筋混凝土模型柱试验中的损伤发展过程进行比较准确的评估；其根本原因是Park-Ang混凝土损伤模型中模型参数很难准确的确定,而且损伤模型不能考虑加载制度的变化；还考察了混凝土柱关键截面的横向变形与结构损伤的关系,分析表明,横向变形能比较好的反映出钢筋混凝土柱剪切破坏、纵筋屈曲破坏和混凝土压溃破坏的损伤发展过程。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-22
  1.1 选题的背景及意义  11-12
  1.2 混凝土框架柱在地震中的主要破坏形态  12-15
    1.2.1 双向地震作用导致角柱破坏  12-13
    1.2.2 结构薄弱层柱上下两端形成塑性铰并引起结构倒塌  13-14
    1.2.3 柱中部压屈破坏  14
    1.2.4 短柱剪切破坏  14-15
    1.2.5 由于变形滞后导致柱端破坏  15
  1.3 近场地震的定义与主要特征  15-16
    1.3.1 近场地震的定义  15
    1.3.2 近场地震的主要特征  15-16
  1.4 相关课题的研究现状  16-20
    1.4.1 混凝土柱抗震性能试验研究  16-19
    1.4.2 混凝土结构损伤模型  19
    1.4.3 近场地震下反应谱的特性分析  19-20
    1.4.4 研究现状总结  20
  1.5 本文研究的目的及内容  20-22
    1.5.1 研究目的  20-21
    1.5.2 研究内容  21-22
第2章近场地震下混凝土柱抗震性能试验设计  22-37
  2.1 概述  22-23
  2.2 模型柱设计  23-25
  2.3 模型柱材料的力学特性  25-26
  2.4 试验装置  26-29
  2.5 加载方式的确定  29-34
    2.5.1 结构模型  29-30
    2.5.2 近场地震波的选取  30-31
    2.5.3 非线性时程分析方法  31
    2.5.4 结构时程分析结果  31-33
    2.5.5 低周反复试验加载制度的确定  33-34
  2.6 试验数据的测量  34-36
  2.7 本章小结  36-37
第3章近场地震下混凝土柱抗震性能试验结果分析  37-58
  3.1 概述  37
  3.2 试验现象及模型柱的破坏形态  37-39
    3.2.1 P-1模型柱  37-38
    3.2.2 L-1模型柱  38-39
    3.2.3 L-2模型柱  39
    3.2.4 L-3模型柱  39
  3.3 试验数据分析  39-57
    3.3.1 骨架曲线  39-40
    3.3.2 刚度退化  40-42
    3.3.3 滞回性能  42-43
    3.3.4 滞回耗能  43-44
    3.3.5 应变分析  44-48
    3.3.6 截面约束应力分析  48-51
    3.3.7 塑性铰长度分析  51-54
    3.3.8 变形分量分析  54-57
  3.4 本章小结  57-58
第4章钢筋混凝土柱的损伤分析  58-69
  4.1 概述  58
  4.2 混凝土材料特性及其损伤特点  58
  4.3 钢筋的材料特性及其损伤特点  58-59
  4.4 钢筋混凝土柱的破坏主要形态  59
  4.5 钢筋混凝土柱损伤定量评估方法  59-60
  4.6 L系列柱试验结果与损伤分析比较  60-64
  4.7 柱截面横向变形  64-67
  4.8 截面横向变形评估损伤的适用性  67-68
  4.9 本章小结  68-69
结论与展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74

近场地震下框架柱抗震性能试验研究

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