底部框架砌体结构抗震性能评估方法研究.doc

底部框架砌体结构抗震性能评估方法研究底部框架-抗震墙砌体结构(以下简称底框砌体结构)在我国发展较快的城镇中心被广泛应用,该结构的底层为框架层,可以满足大开间的商业用途,而上部砌体层则可以作为住宅和办公楼使用,降低了造价。在历次地震中,底框砌体结构的破坏形式不尽相同,这是因为该结构是由两种材料、两种结构形式组合而成的,混凝土材料和砌体材料在地震作用下的抗震能力不同,且砌体层的刚度又较底部框架层大得多,这就导致底框砌体结构在地震作用下容易产生薄弱层。所以研究底框砌体结构在地震作用下有效的反应分析模型及抗震性能评定方法是十分必要的,为更好的了解其抗震能力、减轻其在地震作用中的破坏奠定了基础。为此,本文开展了有关于底框砌体结构的有限元模型、地震易损性分析、抗震能力评定方面的研究,主要工作如下:(1)对不同时期建造的底框砌体结构的震害进行了总结,提出了相应的破坏模式,即当底层布置较少或没有钢筋混凝土抗震墙时,框架层与砌体层的刚度相差较大,从而导致底层成为地震作用下的薄弱层,破坏较为严重;而当底层布置较多的钢筋混凝土抗震墙时,底层的刚度增加,使得结构的薄弱层转移,过渡层的砌体就会发生严重破坏。同时,回顾了底框砌体结构的抗震研究现状,包括试验方法和理论方法,并且对比了我国各版规范对于底框砌体结构设计要求的差别,提出了目前底框砌体结构存在的问题,由此给出本文所要研究的内容。(2)为了深入了解底框砌体结构在地震作用下的特性,本文主要采用数值模拟的方法开展研究,需要建立有效的非线性地震分析反应模型和方法,在总结现有分析建模方法的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的实体单元对底框砌体结构进行了精细化有限元建模方法研究。通过对两个实例的动力时程分析,得到底框砌体结构在地震作用下的层间位移角,以此分析其整体反应及评价其抗震性能,通过ABAQUS中的受拉损伤指标和等效塑性应变分析底框砌体结构的破坏模式与裂缝开展形式,并将其与实际震害进行对比,验证了该模型的有效性与可行性。该精细化建模方法为详细研究底框砌体结构的破坏模式与破坏机理提供了分析手段。(3)将底框砌体结构简化成一维层剪切分析模型,底部框架或框架抗震墙选用Takeda滞回模型,上部砌体选用可考虑构造柱影响的滞回模型,给出了该结构的简化非线性地震反应分析模型和方法,通过Fortran编制了相应的计算分析程序,实现了底框砌体结构的非线性地震分析。通过两个实例的计算,将其与精细化建模的结果进行对比,误差皆在允许范围内,以此验证了该方法的有效性以及适用性,为后续进行区域性的大规模震害模拟以及底框砌体结构地震易损性分析奠定了基础。(4)采用增量动力分析方法进行该类结构地震易损性分析。根据PGA/PGV、震级以及震中距选取18条天然地震动,并选取PGA和最大层间位移角作为地震动强度指标和结构损伤指标。根据现行规范[11]分别设计了按6度、7度、8度设防的3栋底框砌体房屋,采用本文前面给出的简化非线性地震反应分析方法进行结构地震非线性时程分析,通过基于增量动力分析的地震易损性分析方法,得到该3栋设防结构的易损性曲线和易损性矩阵,并评价了底框砌体结构的抗震性能。(5)提出了一种新的评估方法来判别底框砌体结构在不同设防水准下的抗震能力,分别对钢筋混凝土框架和砌体部分采用综合抗震指数法进行其三水准抗震能力鉴别,并根据实际震害情况对基准面积率进行了系数调整。对汶川地震中的4栋实际建筑物进行了三水准抗震能力鉴别,并与实际震害进行对比,验证了该调整系数的正确性以及该方法的有效性。同时预测了该4栋房屋在不同抗震设防烈度下是否满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,为评估和预测现存底框砌体结构在不同设防水准下的抗震能力提出了一种新的方法。