震損框架的抗震能力研究范文

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《廣東建材雜志》2014年第十期

1結構選取及荷載工況

本文對一座框架填充墻結構進行了地震時程分析，結構形式見圖1。全現(xiàn)澆框架結構，沿框架短邊方向的跨度為（7.2+2.5+7.2）m，沿長邊方向有9跨，每跨為6m，共10榀，混凝土為C30，受力鋼筋為HRB335，柱截面為400×500mm，沿結構短邊的框架梁截面為250×720mm，沿結構長邊的框架梁截面為200×620mm，樓板厚度為120mm，填充墻厚度為240mm。地震波選取汶川什邡八角鎮(zhèn)地震記錄，持時為30s，其加速度時程曲線如圖2所示。時程分析中主震與余震是分開的，即余震分析時的結構為主震結束后的結構（震損結構）。其中主震加速度峰值分別為0.10g，0.20g，余震的加速度峰值不大于主震的峰值，組合工況見表1。

2震損結構的抗震性能分析

2.1結構的自振周期及陣型震損前后結構的基本周期變化情況見表2，第一階陣型的變化情況見圖3～圖4。⑴由表2可以得到，結構經(jīng)歷的主震越大，結構的損傷越嚴重，整體剛度下降越明顯，致使基本自振周期明顯增加。⑵主震前模型的第一階陣型與高度呈線性關系，表明模型具有“剪彎型”的復合變形特征，主震后震損結構的這種變形特征越來越不明顯。主要原因是填充墻的破壞，引起對結構的剛度貢獻減小。⑶圖3～圖4示出模型的第3、4層破壞相對明顯，為結構的薄弱層。震損框架填充墻結構的構件（梁、柱）及砌體墻的力學特性發(fā)生了很大的變化。本節(jié)主要分析震損前后結構在地震荷載作用下的最大反應。由圖5、圖6可以得到：⑴震損結構在余震作用下，結構的層剪力較只受單次主震作用的小得多。主要原因是大的主震后結構進入強的非線性，整體剛度下降尤為明顯。結構的層剪力在震損前后結構中的分布趨勢基本是沒有變化的，下部剪力大，上部剪力小。⑵工況Ⅰ作用下，結構的層間位移角小于規(guī)范要求的彈性位移角限值1/550，可見余震未引起結構的破壞；工況Ⅱ作用下，余震后模型的中下部樓層的層間位移角大大超過了規(guī)范要求的彈性位移角限值：結構的梁柱出現(xiàn)了損傷，填充墻出現(xiàn)損傷甚至完全失效。可見余震對模型造成了較大的影響，出現(xiàn)了嚴重的損傷。主要原因是大的主震作用使結構的剛度嚴重退化，余震很易對震損的結構造成損傷。

2.2地震破壞評估按照Park-Ang地震破壞模型和評估指數(shù)對震損框架填充墻結構進行了地震破壞評估。本節(jié)只列出了工況Ⅱ下結構構件及樓層損傷指數(shù)的分布，其它的工況與此類似，不再列出。結構構件損傷指數(shù)的分布見圖7。經(jīng)歷了主震（PGA=0.20g）的震損結構再次經(jīng)歷余震作用，當余震PGA=0.10g時，僅有三四層的框架梁和第一層的框架柱出現(xiàn)輕微破壞，結構的整體損傷指數(shù)是0.027，屬于輕微破壞[6]；當余震的峰值加速度為0.20g時，構件及結構的破壞指數(shù)成倍的增加。由圖還可以看出，梁的破壞呈現(xiàn)下輕中上部重的趨勢，柱的破壞中上部輕下部較嚴重，與構件的損傷狀態(tài)分布相吻合。圖8為樓層損傷指數(shù)沿樓層高度的分布。由圖8看出：中部樓層的破壞較其它樓層嚴重。隨著余震PGA的加大，樓層的損傷也加大，但樓層依然處于可修的范圍[6]。

3結論

⑴結構的自振周期及陣型的變化。結構經(jīng)歷的主震越大，結構的損傷也越嚴重，整體剛度下降越明顯，基本自振周期明顯下降。主震前模型的第一階陣型與高度呈線性關系，表明模型具有“剪彎型”的復合變形特征，主震后的結構的這種變形特征越來越不明顯，主要原因是填充墻的破壞，對結構的剛度貢獻減小。由陣型圖還可以看出結構的薄弱層。⑵余震作用下震損框架填充墻結構的最大反應及損傷狀態(tài)。震損結構的剛度下降，余震作用下樓層剪力減小，主震越大，減小的程度越明顯；從層間位移角的分布可以看出，隨著主震PGA的增大，余震對震損框架結構的影響越明顯，震害加深程度越嚴重。震損結構在經(jīng)受余震后，梁端的裂縫或塑性鉸的位置移向了結構上部樓層，主要原因是主震改變了結構的剛度分配。當結構遭受大的主震后，應注意余震對震損結構的二次損傷，故有必要對震損結構進行加固，以免在余震作用下影響結構的使用功能，或者使結構發(fā)生倒塌，危及人員生命安全。

作者：朱賀曹旋朱勇單位：深圳市華陽國際工程設計有限公司廣州分公司廣州大學土木工程學院