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基于汶川地震考虑竖向地震动的RC框架结构抗震性能分析

作　者: 周伟
导　师: 韩建平
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 汶川地震框架结构抗震性能竖向地震动非线性时程分析
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

地震作用对结构的破坏是一个十分复杂的过程,一般观点认为其破坏是由水平地震、竖向地震和扭转地震共同作用的结果。长期以来,工程师普遍认为水平地震起主要作用。然而,大量的地震记录和震害现象表明,在一些地震中竖向地震作用很大,对结构体系的破坏具有重要影响。因此,深入研究竖向地震动特性以及竖向地震动对于建筑结构抗震性能的影响,具有一定的意义。基于大量与竖向地震动破坏有关的震害实例,选择国家强震动台网中心发布的2008年5月12日汶川地震四川、甘肃、陕西等地台站中较为典型的94组加速度记录,对竖向地震动特性做了初步分析。结果表明,竖向与水平峰值加速度比的平均值为0.58,但约30%台站的峰值加速度比大于2/3;竖向与水平峰值加速度比随震中距的增大而减小,近震区该比值离散性较大,场地条件对该比值也有较大的影响;在周期0-6s内竖向与水平加速度反应谱比曲线总体呈“Z”字形;不同的周期段,竖向加速度反应谱和水平加速度反应谱的谱形有较大差异,相比水平加速度反应谱,竖向加速度反应谱偏“瘦”;除少数台站外,绝大部分台站竖向与水平卓越周期比均小于1.0,该比值随震中距的增大而增大,并逐渐趋于平缓。接着对非线性时程分析基本理论作了论述,并基于汶川地震收集到的时程数据重点对非线性时程分析时地震波选择所依据的强度指标与单自由度体系最大响应相关性作了分析。分析结果表明:不同地震动强度指标与中长周期双线性SDOF体系最大响应的相关性差别很大;同一地震动强度指标与不同周期段SDOF体系最大响应的相关性差异明显;同一地震动强度指标与某一周期段SDOF体系线性、非线性最大响应的相关性差异也很明显;对中长周期结构,相比于规范中的峰值加速度强度指标,选择速度型地震动强度指标选择和调整地震动输入更为合理。运用SAP2000软件分别在双、三向地震动输入下进行了弹塑性地震反应分析,对两种工况下结构顶层位移时程、速度时程、加速度时程、层剪力,各层柱底端轴力及楼层层间位移进行了比较。结果表明:竖向地震动对Z方向位移时程、速度时程和加速度时程影响显著,对楼层层间位移影响不明显;竖向地震动还影响各楼层的层剪力和柱底端的轴力,其中,下部楼层层剪力的影响大于上部楼层,上部楼层柱轴力的影响大于下部楼层。分析结果表明,竖向地震动分量对结构的作用不可忽视,应该引起结构工程师足够的重视,加大对竖向地震动的研究具有现实的工程意义和重要的学术价值。

基于汶川地震考虑竖向地震动的RC框架结构抗震性能分析

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