基于性能抗震設(shè)計的鋼筋混凝土柱試驗研究.pdf

1、基于性能的抗震設(shè)計對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的能力需求不僅僅局限在極限承載力和彈性變形能力上，同時對結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性變形、滯回耗能等抗震性能也有了明確的需求。根據(jù)性能設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，需要建立構(gòu)件基本參數(shù)與抗震性能之間的數(shù)值關(guān)系。
　　本文從國內(nèi)外規(guī)范、試驗研究、數(shù)值分析多個方面對鋼筋混凝土柱截面延性、位移延性和塑性鉸長度等抗震性能參數(shù)的影響因素、計算方法和統(tǒng)計概率分布等進(jìn)行了分析與研究，其主要內(nèi)容如下:
　　1.配箍率作為影響鋼筋混

2、凝土柱延性的一個主要參數(shù)，已經(jīng)受到國內(nèi)外學(xué)者和結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的關(guān)注。本文介紹了國內(nèi)外主要規(guī)范對于鋼筋混凝土柱最小配箍率的相關(guān)規(guī)定。計算對比了各國規(guī)范中最小配箍率對截面延性的影響。討論了我國規(guī)范按照最小配箍率所能獲得的柱截面延性，并對最小配箍率的設(shè)置提出了建議。
　　2.本文設(shè)計了4根鋼筋混凝土懸臂柱，并對其進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗。試驗中主要測試內(nèi)容是柱頂位移、箍筋應(yīng)變。試驗獲得了在壓彎作用下箍筋應(yīng)變分布和變化情況，為柱截面混凝土所承

3、受的約束應(yīng)力計算提供了試驗數(shù)據(jù)支持。同時通過變化軸壓比、加載方式，討論了這兩個因素對柱抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明軸壓比和加載方式對于柱破壞形態(tài)、箍筋應(yīng)變分布影響顯著?？偨Y(jié)了箍筋應(yīng)變在柱截面內(nèi)沿環(huán)向分布規(guī)律和沿柱高度方向的變化規(guī)律。
　　3.對試驗獲得的箍筋應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，導(dǎo)入鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，通過分析得到了柱試驗過程箍筋應(yīng)力分布和變化數(shù)據(jù)。從而得到箍筋約束的柱截面混凝土受到的約束力分布情況。根據(jù)Mander的約束理論，

4、計算出有效約束系數(shù)，可以得到箍筋間弱約束截面的約束應(yīng)力分布情況。通過引入混凝土膨脹參數(shù)，對約束應(yīng)力進(jìn)行計算，從而改進(jìn)計算柱截面延性的纖維模型。利用改進(jìn)的纖維模型，對影響截面曲率延性的各個參數(shù)進(jìn)行了分析，并通過回歸分析建立了截面曲率延性與配箍特征值、軸壓比、縱向配筋率和核心混凝土面積比之間的關(guān)系。與其他基于性能的截面延性設(shè)計方法計算結(jié)果相比，本文建議的方法準(zhǔn)確度相對較高，能較好反映曲率延性系數(shù)的變化規(guī)律。
　　4.位移延性作為最基本

5、的構(gòu)件抗震性能指標(biāo)，有眾多的影響參數(shù)。按照Priestly的計算方法，可以采用兩個主要參數(shù)來計算柱位移延性，分別是截面延性和塑性鉸長度。本文從美國太平洋地震研究中心提供的柱試驗數(shù)據(jù)中選取了143個滯回曲線完整且破壞形態(tài)為彎曲破壞的柱試驗數(shù)據(jù)，通過計算分析得到柱等效塑性鉸長度。再通過回歸分析，獲得了等效塑性鉸長度的計算公式。經(jīng)試驗結(jié)果的驗證，本文建議的公式具有較高的計算精度。本文收集了國內(nèi)45個混凝土柱的抗震試驗結(jié)果對本文建議的方法進(jìn)行檢

6、驗，結(jié)果表明采用本文建議的方法計算得到的位移延性均值與試驗結(jié)果的均值基本一致，其誤差基本能保證在20％以內(nèi)，相對誤差呈正態(tài)分布。
　　5.基于性能的抗震設(shè)防理念必然和不同地震作用下結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)相聯(lián)系。而位移是最為直觀的指標(biāo)之一。通過對直接基于位移的抗震設(shè)計方法和基于性能的多目標(biāo)抗震思想的研究，本文提出了基于位移的多水準(zhǔn)抗震設(shè)計方法。這一設(shè)計方法首先根據(jù)業(yè)主的要求確定不同烈度地震作用下對結(jié)構(gòu)位移性能的預(yù)期與需求。通過位移需求構(gòu)造