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我国现行建筑抗震设计规范(GB50011-2001)要求对于一些高层复杂结构应进行罕遇地震下的弹塑性变形验算,但是对于目前复杂高层及超高层建筑,如何进行罕遇地震下的弹塑性变形验算以实现"大震不倒"的设防目标仍是未解决的问题.

钢筋混凝土框架-剪力墙结构是高层建筑的主要结构形式之一.数值模拟技术是研究建筑结构地震反应的重要手段,然而目前国内外可以进行钢筋混凝土框架-剪力墙结构弹塑性动力反应分析的计算软件并不多,而且其中绝大部分结构模型属于二维或拟三维分析模型,而对于大多数框架-剪力墙结构来说,很难将其简化为平面结构,所以建立三维空间模型来进行三维空间弹塑性地震反应分析是解决问题的根本.

在对框架-剪力墙结构进行弹塑性地震反应分析时,采用适当的剪力墙分析模型,建立合理的滞回模型是非常关键的.由于剪力墙的滞变性态复杂,工作机理及延性性能方面的研究也远没有柱和梁研究得深入和成熟,目前还没有提出一个比较完善的数学模型,而且传统的剪力墙宏观单元模型(如DRAIN-2D和IDARC-2D中所采用的各种模型)难以用到三维分析之中,微观模型同样也是应用困难.目前较有希望解决结构三维弹塑性分析的单元模型就是纤维模型以及类似的多弹簧模型.纤维模型可以考虑变动轴力和双向弯曲之间的耦合作用,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性,但是它们在对框架-剪力墙结构进行弹塑性地震反应分析时,采用适当的剪力墙分析模型,建立合理的滞回模型是非常关键的.由于剪力墙的滞变性态复杂,工作机理及延性性能方面的研究也远没有柱和梁研究得深入和成熟,目前还没有提出一个比较完善的数学模型,而且传统的剪力墙宏观单元模型(如DRAIN-2D和IDARC-2D中所采用的各种模型)难以用到三维分析之中,微观模型同样也是应用困难.目前较有希望解决结构三维弹塑性分析的单元模型就是纤维模型以及类似的多弹簧模型.纤维模型可以考虑变动轴力和双向弯曲之间的耦合作用,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性,但是它们的模拟性能到底如何,与传统模型相比有何差别,是否可以应用实际结构分析,本文就上述问题进行了研究.

本文采用纤维模型(CANNY99)和传统单元模型(IDARC-2D4.0),分别对九层1:6钢筋混凝土框架-剪力墙结构振动台试验模型和美日联合七层足尺框架-剪力墙结构伪动力试验模型的纵向结构进行地震反应分析,并在结构顶层位移,加速度,基底剪力及各层的最大层间位移角等多个方面与试验结果进行了对比,综合评价了它们的模拟效果.从中得出这样的结论:基于纤维模型的三维弹塑性分析方法与基于二维平面分析模型IDARC-2D4.0模拟结果十分相似,具有较好的可靠性和稳定性,而且数值模拟与试验结果比较一致,可以比较真实地模拟结构的弹塑性地震反应.这对研究结构三维弹塑性地震反应有较大的参考意义.

随着震害经验的不断积累,人们逐渐认识到,地震时的地面运动是多维的,不论是对称结构,还是偏心结构常常会产生扭转破坏.因此将结构简化成平面模型并只考虑单向地震动作用的弹塑性分析不能全面反映和揭示结构地震反应的本质.那么,单,双向输入地震动结构弹塑性反应有多大程度上相似和差异,这是人们十分关心的问题,因此应进行多维地震动作用下的结构反应分析.本文将利用三维结构非线性分析程序CANNY99,对一个规则,对称的钢筋混凝土框架-剪力墙结构建立三维空间分析模型,分别在单,双向输入地震动情况下进行了弹塑性地震反应分析,对两种情况下结构顶层位移,加速度,扭转角,基底剪力及各层的最大层间位移角,层剪力,层扭转角等反应进行了比较.通过对比分析表明:对于规则,对称结构在单,双向输入时,最大楼层位移,最大层剪力,最大层间位移角等反应变化不大,顶层位移,加速度时程曲线吻合较好,曲线幅值大小及波形变化也十分相似.但值得注意的是,双向输入时的结构顶层扭转角时程反应和楼层最大扭转角反应都远大于单方向输入时的扭转反应,而且扭转反应与地震波的选择紧密相关.

关 键 词:框架-剪力墙结构弹塑性地震反应纤维模型三维分析模型

Elastic-PlasticEarthquakeResponseAnalysisofReinforcedConcreteFrame-ShearWallStructures

WangTao

ABSTRACT

Theseismiccodeofbuildings(GB50011-2001)ofChinarequiresthatplexhigh-riseneedstheanalysisofelastic-plasticearthquakeresponse.Butthereisnotaproperwaytoprocessthatanalysisofelastic-plasticdeformationofplexhigh-risebuildingandextrahigh-risebuildingtomeetthesafeneeds.

Asreinforcedconcreteframe-shearwallstructuresarewidelyusedinhigh-risebuildingsnow,thenumericalsimulationisanimportantwaytoanalysiselastic-plasticearthquakeresponseofR.C.structure.Therearefewkindsofthesoftware,whichcandotheanalysis.Butmostofthecanonlydotheanalysiswithtwo-dimensionalorpseudo-three-dimensional.Asweknow,thereinforcedconcreteframe-shearwallstructurescannotbesimplifiedtotwo-dimensionalproblem,sothebestwaytosolvetheproblemissettinganewthree-dimensionalmodel.

It'sveryimportanttoadoptpropershearwallmodelandhystereticmodelwhendoingelastic-plasticearthquakeresponseanalysisofR.C.frame-shearwallstructures.Howeverthestudiesonthehystereticrelationsandperformancesofshear-wallaremuchlessthanthoseofbeamsandcolumns,thereisn'taperfectnumericalmodelnow.ThetraditionalmodelssuchasmacroscopicfiniteunitforR.C.frame-shearwallstructuressuchasthemodelsusedinDRAIN-2DandIDARC-2Daredifficultappliedinthree-dimensional.Fibermodelandmulti-springmodelareconsideredtobepromisingmodels.Thefibermodelrepresentstheinteractionsamongaxialloadandbi-directionalbendingmoments.Somemechanicsfeatureofcolumnsthattakeaxialloadcanbeshowedwell.CanthemodelworkproperWhatarethedifferenceofthesimulationseffectbetweenthebetteronesandthetraditionalonesWhethercanitbeusedtoanalysisonrealstructureProblemsgivenabovearestudiedinthispaper.

Thefibermodelandthetraditionalmodelareallusedinthisthesis.Calculationswereconductedtosimulatetwotests:(1)Ashakingtabletestofaninestory1:6scaleframe-shearwallbuildingmodelwascarriedout.(2)onepseudo-dynamictestofaseven-storyR.C.frame-wallprototypemodel,whichwasconductedbyU.S.-Japan

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