既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位性能改造技術(shù)研究.pdf

1、歷次地震災(zāi)害表明，框架結(jié)構(gòu)受損非常嚴(yán)重。傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在震害中呈現(xiàn)出層屈服機(jī)制，結(jié)構(gòu)抗震性能不能充分發(fā)揮。很多框架結(jié)構(gòu)震后因殘余變形過大，無法繼續(xù)使用，不得不推倒重建，造成建筑功能的中斷。因此改變框架結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制、控制結(jié)構(gòu)殘余變形對于建筑功能恢復(fù)尤為重要。可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)是一種新型的減震控制結(jié)構(gòu)，它包括搖擺結(jié)構(gòu)、自復(fù)位結(jié)構(gòu)、可更換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。絕大部分既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)都不具備自復(fù)位能力。針對這一問題，本文利用自復(fù)位結(jié)構(gòu)、搖擺結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

2、，提出一種既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位性能改造方式——外附自復(fù)位搖擺架。通過改造使結(jié)構(gòu)具有一定的自復(fù)位能力，并改變框架的屈服機(jī)制，提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。針對外附自復(fù)位搖擺架這一改造技術(shù)，論文主要研究工作如下：
　　（1）介紹了本次改造使用的重要構(gòu)件自復(fù)位耗能支撐（SCED）的概念、基本構(gòu)造、工作過程、各階段支撐剛度的表達(dá)形式。
　?。?）以西北某鋼筋混凝土框架辦公樓為例，根據(jù)原框架結(jié)構(gòu)（主結(jié)構(gòu)）的設(shè)計(jì)信息，對搖擺鋼框架（子

3、結(jié)構(gòu)）以及SCED進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，利用OpenSEES，選擇合理的單元、材料本構(gòu)，計(jì)算材料本構(gòu)參數(shù)，建立了原結(jié)構(gòu)、框架搖擺架、框架自復(fù)位搖擺架有限元分析模型。
　　（3）對原結(jié)構(gòu)、框架搖擺架和框架自復(fù)位搖擺架進(jìn)行靜力推覆分析，對比了三類結(jié)構(gòu)的抗震承載力。利用能力譜方法，分析了原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架的抗震性能。對原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架進(jìn)行動力時程分析，根據(jù)基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想，對改造前后結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)進(jìn)行評估。

4、　?。?）對比了罕遇地震下，原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架的殘余位移和殘余層間位移角，分析了改造后結(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能。匯總了SCED在8度（0.2g）、8度（0.3g）地震作用下的滯回曲線，分析了不同地震烈度水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的自復(fù)位能力和耗能效果。
　　研究表明：外附自復(fù)位搖擺架改造方案能夠提高結(jié)構(gòu)的承載力，使框架由層屈服機(jī)制變?yōu)檎w屈服機(jī)制。結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)大幅降低，抗震性能水準(zhǔn)得到提升。殘余位移和殘余層間位移角總體上得到有效的控制，結(jié)構(gòu)具有一

5、定的自復(fù)位性能。SCED滯回曲線飽滿，表現(xiàn)出良好的自復(fù)位和耗能能力。
　　歷次地震災(zāi)害表明，框架結(jié)構(gòu)受損非常嚴(yán)重。傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在震害中呈現(xiàn)出層屈服機(jī)制，結(jié)構(gòu)抗震性能不能充分發(fā)揮。很多框架結(jié)構(gòu)震后因殘余變形過大，無法繼續(xù)使用，不得不推倒重建，造成建筑功能的中斷。因此改變框架結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制、控制結(jié)構(gòu)殘余變形對于建筑功能恢復(fù)尤為重要。可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)是一種新型的減震控制結(jié)構(gòu)，它包括搖擺結(jié)構(gòu)、自復(fù)位結(jié)構(gòu)、可更換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。絕大部分既有鋼筋混

6、凝土框架結(jié)構(gòu)都不具備自復(fù)位能力。針對這一問題，本文利用自復(fù)位結(jié)構(gòu)、搖擺結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，提出一種既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位性能改造方式——外附自復(fù)位搖擺架。通過改造使結(jié)構(gòu)具有一定的自復(fù)位能力，并改變框架的屈服機(jī)制，提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。針對外附自復(fù)位搖擺架這一改造技術(shù)，論文主要研究工作如下：
　?。?）介紹了本次改造使用的重要構(gòu)件自復(fù)位耗能支撐（SCED）的概念、基本構(gòu)造、工作過程、各階段支撐剛度的表達(dá)形式。
　?。?）以西北

7、某鋼筋混凝土框架辦公樓為例，根據(jù)原框架結(jié)構(gòu)（主結(jié)構(gòu)）的設(shè)計(jì)信息，對搖擺鋼框架（子結(jié)構(gòu)）以及SCED進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，利用OpenSEES，選擇合理的單元、材料本構(gòu)，計(jì)算材料本構(gòu)參數(shù)，建立了原結(jié)構(gòu)、框架搖擺架、框架自復(fù)位搖擺架有限元分析模型。
　?。?）對原結(jié)構(gòu)、框架搖擺架和框架自復(fù)位搖擺架進(jìn)行靜力推覆分析，對比了三類結(jié)構(gòu)的抗震承載力。利用能力譜方法，分析了原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架的抗震性能。對原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架進(jìn)行動力

8、時程分析，根據(jù)基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想，對改造前后結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)進(jìn)行評估。
　?。?）對比了罕遇地震下，原結(jié)構(gòu)、框架自復(fù)位搖擺架的殘余位移和殘余層間位移角，分析了改造后結(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能。匯總了SCED在8度（0.2g）、8度（0.3g）地震作用下的滯回曲線，分析了不同地震烈度水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的自復(fù)位能力和耗能效果。
　　研究表明：外附自復(fù)位搖擺架改造方案能夠提高結(jié)構(gòu)的承載力，使框架由層屈服機(jī)制變?yōu)檎w屈服機(jī)制。結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)大幅降低