SRC—RC结构抗震性能的简化分析

Ｉ研究探索　笫２８卷２０１０年第７期　ｉｉ　曩　丽　Ｓ　ＲＣ—ＲＣ结构抗震性能的简化分新　马汉英　刘志欣　（天津金融域开发有限公司，天津３０００４０）　【摘要】ＳＲＣ－－ＲＣ结构由于其承载能力高、刚度大、延性及耗能性能好等优点，在地震区得到了广泛的应用。以该结构　为例，进行了全过程的Ｐｕｓｈ—ｏｖｅｒ分析，介绍了此方法的原理和实施步骤，对结构在遭遇罕遇地震后可能出现的破坏状况进　行深入分析，并就其进一步的研究内容提出了建议。　【关键词】ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ方法；静力弹塑性分析；能力谱法　【中图分类号】ＴＵ３１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７１—３７０２（２０１０）ｏ７—００５１—０３　Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＲＣ—ＲＣ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＭＡ　Ｈ吼一　ｎｇ　ＬＩＵ　Ｚｈｉ－ｘｉｎ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｆｉｎａｎｃｉａｌ　Ｃｉｔｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００４￣Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳＲＣ—ＲＣ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ａｒｅａ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｖｉｒｔｕｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｈｉｇｈ　ｓｔｉｆｆ－　ｎｅｓｓ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｓ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｐｒｏ—　ｅｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｕｓｈ—ｏｖｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｅｐ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｓｔｒｕｃ—　ｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｐｅｒｈａｐｓ　ｔａｋｅｓ　ｐｌａｃｅ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｕｓｈ－ｏｖｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ；ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｎｅｒｇｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｍｅｔｈｏｄ　早在２０世纪５０年代，我国的一些工业建筑中就　起越来越多的学者和设计人员的兴趣ｌ３、４１。此方法是对　应用了钢骨混凝土结构形式，如包头钢厂主厂房、鞍　结构进行静力单调加载下的弹塑性分析，进而揭示出　山钢铁公司的混铁炉基础、郑州铝厂的蒸发车间等。　在罕遇地震作用下结构实际的屈服机制和各塑性铰的　型钢混凝土一钢筋混凝土混合结构（ＳＲＣ—ＲＣ）出现　出现顺序，找出结构的薄弱环节，确认结构设计中“强　在钢骨混凝土结构之后，是指在结构的关键部位采用　柱弱梁”的设计原则，得出Ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ图形。目前，国　型钢混凝土，而其他的结构构件仍采用普通钢筋混凝　内外研究人员对钢筋混凝土结构或钢结构进行静力非　土的结构形式。这种结构具有刚度大、延性好、抗震能　线性分析的研究较多口一，但对型钢混凝土一钢筋混凝　力强、防火及防腐性能好的特点，因而具有广阔的应　土组合结构进行ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ分析的还不多见。笔者以　用前景。　一个ＳＲＣ—ＲＣ结构为例，进行了全过程的Ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ　２０世纪９０年代初，美国科学家和工程师提出了基　分析，并在这方面进行了初步的探讨。　于性能Ⅲ（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－－ｂａｓｅｄ）及基于位移回（Ｄｉｓｐｌａ—　１基本原理　ｃｅｍｅｎｔ－－ｂａｓｅｄ）的设计方法后，ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ方法逐渐引　Ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ从本质上说是一种静力弹塑性计算方　作者简介：马汉英，男，高级工程师，主要从事设计及施工技术管　法，与传统的抗震静力计算方法不同之处，在于其将设　理工作。　计反应谱引入了计算过程和计算成果的工程解释。在　．５１—　研究探索　ｉ　结构分析模型上施加按某种方式模拟地震水平作用的　侧向力，并逐级单调加大，构件一旦开裂或屈服，修改　其刚度，直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超　限或达到目标位移）。其大致步骤回是：根据建筑物的具　体情况，在其上施加某种分布的水平力，并逐渐增加水　平力使结构各构件依次进入塑性。因为某些构件进入　塑性后，整个结构的特性会发生改变，因此又可以反过　来调整水平力的大小和分布。这样交替进行下去，直到　结构达到预定的破坏（成为机构或位移超限）。这种方　法的优点在于：水平力的大小是根据结构在不同工作　阶段的周期，由设计反应谱求得，而分布则是根据具体　结构的振型变化求得。与底部剪力法和振型分解反应　谱法相比，它考虑了结构的弹塑性特征：与时程分析法　相比，其输入数据简单，工作量较小。　２实施步骤　１）建立结构的计算模型、构件的物理常数和恢复　力模型，计算结构在重力荷载作用下的内力。　２）确定水平荷载分布形式。常用的有倒三角形分　布、均布荷载等，对结构施加单调递增的水平荷载，得　到结构的基底剪力一顶点位移关系曲线。　３）将结构的基底剪力一位移曲线转换为等效单　自由度体系的谱加速度一谱位移曲线，即结构的能　力谱曲线。然后将加速度反应谱曲线转换为谱加速　度一谱位移的形式，即得到结构的弹性需求曲线。结　构产生非线性变形后，将引起结构阻尼增加，考虑等　效阻尼比对初始的弹性需求谱进行折减，得到弹塑　性需求谱。　４）将结构的能力谱曲线和需求谱画在同一坐标系　中，如果能力谱曲线能够通过需求谱曲线的外包络线，　则结构在地震作用下是安全的，两者的交点成为性能　点；若两曲线没有交点，则说明抗震性能不足，必须重　新设计。　结构的性能点所对应的目标位移，为等效单自由　度体系的位移，需通过单、多自由度体系的转换关系，　将目标位移转换为结构的顶点位移，根据该位移在原　结构基底剪力一顶点位移曲线的位置，可求得对应于　该顶点位移时结构各层的位移、层间位移角、各构件端　部的变形、塑性铰分布以及结构的薄弱部位等。　．５２．　３算例模型　本例中的计算模型为一９层型钢混凝土一钢筋混　凝土混合结构框架，首层层高３．６ｍ，其他各层层高　３ｍ，总高度是２７．６ｍ，场地类别为ＩＩＩ类，场地土特征周　期为０．４５ｓ，抗震设防烈度为８度，抗震等级为一级。采　用全框架结构体系，框架等级为二级。楼面采用　ｌ５０ｒａｍ厚混凝土板，板采用壳单元模拟：框架梁的截　面尺寸为５００ｍｍ￣２５０ｒａｍ，框架柱的尺寸及柱中型钢　尺寸如表１所示；梁、柱采用ＨＲＢ３３５级钢筋，柱混凝　土强度等级Ｃ３０，梁的混凝土强度等级Ｃ２０　楼面恒载　取４．０ｋＮ／ｍ　，活载取２．０ｋＮ／ｉｎ　；屋面恒载取４．５　／　，　活载取０．５ｋＮ／ｍ　、．－。　表１　框架柱及柱中型钢尺寸表　柱截面尺寸　工字钢尺寸（ｍｉｌ１）　（ｍｍ）　日　口　￡　ｐｓ　３００ｘ３Ｏ０　２２０　Ｉ１Ｏ　ｌ２－３　７．５　４．３６７　４ｏｏｘ４００　３２０　ｌ３２　ｌ５．Ｏ　ｌＩ．５　４．８９ｌ　５０ｏｘ５００　４５０　１５Ｏ　１８．Ｏ　ｌ１．５　５．７５０　４计算结果　１）对该混合结构进行　方向的静力非线性Ｐｕｓｈ—　ｏｖｅｒ分析，得到结构底部剪力　和控制位移Ｄ的关系　曲线，即能力谱曲线（见图１　ｏ　耋　瓣　碟　黼　控制位移Ｄ（衄）　图１　方向推覆分析能力曲线圈　２）结构在性能点处的层问位移如图２所示。　层闯位移（ⅢⅡ１）　图２　方向性能点处的层间位移图　蹬　图３　方向性能点处的层间位移角图　图４　方向性能点处层间剪力　表２　ｘ．ｙ向推覆分析时各层的层问位移及层间位移角　向　层号　向　ｙ向　ｙ向　侧移（ｍｍ）　９　８　７　６　４５．９７０５　４３．２９５２　Ｏ　９　８　７　６　５　４　３　２　ｌ　０　层间位移角（ｒａｄ）　１／１１２１　１，７６６　ｌ，６００　１／８４２　侧移（ｍｍ）　５６．７０９２　５４．５８９ｌ　５０．４９１　４４．１２６１　层间位移角ｆｒａｄ）　１／１４１４　ｌ，７３２　ｌ／４７１　１１６４４　３９．３７７５　３４．３７９　５　４　３　２　ｌ　３０．８ｌ６９　２６．２６７３　１９．６９９９　１２．３４３４　５．１２　ｌ，６５９　ｌ，４５４　１／４０７　１／４ｌ５　ｌ，７Ｏ３　３９．４７３９　３２．９４０９　２３．８０７２　１４．３６３４　５．７５８　ｌ，４５９　ｌ／３２８　１／３１７　１／３４８　１／６２７　３）结构在　方向性能点处的层问位移角以及层间　现行的建筑抗震设计规范中对结构在罕遇地震下的弹　剪力如图３、图４所示。　４）分析结论。综述以上各图，得到ｘ．ｙ向推覆分析　时的层间位移及层间位移角如表２所示。　通过以上分析，可得出以下结论：　①进行　向推覆，最大层间弹塑性位移角为　塑性分析略有欠缺。　参考文献　【１］ＭＯＪＥＫＷＵ　Ｅ　Ｃ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｌｆａｍｅ［Ｄ］．　Ａｕｓｔｉｎ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｘａｓ，２００６：３５－－４５．　［２］ＳＥＡＯＣ　ＶＩＳＩＯＮ　ＣＯＭＭＩＴＴＥＥ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－－ｂａｓｅｄ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｅｎｇ—　１／４０７，小于《建筑抗震设计规范）ＧＢ５００１１－－２００１规定　的混凝土框剪结构弹塑性层间位移角限值１／５０，满足　规范在罕遇地震下对薄弱层弹塑性变形的要求。　ｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ，Ｒｅｐｏｒｔｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｔｒ—　ｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　ｏｆＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，１９９５：６０—８Ｏ．　［３】叶燎原，潘文．结构静力弹塑性分析（ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ）的原理和计算实　例［Ｊ］，建筑结构学报，２０００，２１（１）：３７—４２．　②在算例中，绝大多数的塑性铰先出现在梁上，开　始无论是普通混凝土柱还是型钢混凝土柱都没有出现　塑性铰，说明该结构符合“强柱弱梁”的设计要求。同　时，从塑性铰的出现情况可以看出，结构的性能较好，　即使发生高于该建筑所在地设防烈度的罕遇地震时，　结构仍能保证人身安全。　５结语　［４熊向阳，戚震华．侧向荷载分布方式对静力弹塑性分析结果的影　４］响（Ｊ］．建筑科学，２００１，（１０）８～１３．　［５］Ｍａｒｋ　Ａｓｃｈｈｅｉｍ，Ｅｄｇａｒ　Ｆ．ＢｌａｃＬ　Ｙｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ　Ｓｐｅｃｔｒａ　ｆｏｒ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｄｅ—　ｓｉｇｎ　ａｎｄＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ，２０００，（１６）：３１７—　３３８．　［６］ＧＢ５０００９－－２００１，建筑结构荷载规范【Ｓ】．　［７］李峻，叶燎Ｙ￣Ｐｕｓｈ－－ｏｖｅｒ分析法及其与非线性动力分析法的对比［Ｊ］．　世界地震工程，１９９９，１５（２）：５６—６Ｏ．　综上所述，采用这种方法，可以对结构在遭遇罕遇　地震后可能出现的破坏状况，进行较为精确的分析，而　一５３．