(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710021)

長周期地震動(dòng)作用下RC框架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析

劉星

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院陜西西安710021)

為研究RC框架結(jié)構(gòu)在長周期地震動(dòng)作用下的抗震性能，本文建立了5層RC框架結(jié)構(gòu)模型，選取5條典型地震波和2條人工波，對RC框架進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，結(jié)果表明：RC框架結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)均比較大，最大層間位移逐層增加，層間位移以第2層達(dá)到最大值，層間位移角除第5層滿足要求外，其余各層均遠(yuǎn)超規(guī)范限值，RC框架結(jié)構(gòu)在長周期地震動(dòng)地震作用下處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

RC框架結(jié)構(gòu)；長周期地震動(dòng)；抗震性能

目前，關(guān)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的研究已有很多，但側(cè)重點(diǎn)各不相同，其中，大部分文獻(xiàn)針對框架結(jié)構(gòu)的宏觀地震響應(yīng)，比如，加速度響應(yīng)、速度響應(yīng)、位移響應(yīng)以及剪力分布等，進(jìn)行了研究，雖然得到了許多有益的結(jié)論，但是，針對RC框架結(jié)構(gòu)在地震作用下，其抗震性能演化過程的研究則相對較少，究其原因，一是基于性能的抗震設(shè)計(jì)在我國尚處于發(fā)展階段，二是結(jié)構(gòu)分析軟件的發(fā)展尚不能滿足研究者的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行從彈性到彈塑性直至倒塌全過程分析的通用有限元軟件和結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件已經(jīng)產(chǎn)生，為深入開展結(jié)構(gòu)的抗震性能研究提供了便利條件。

一、模型的建立

為了得到更為通用的研究結(jié)果，本文選用某體型規(guī)則的5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為研究對象。其中，各樓層層高均為3.3m，房屋總高度為16.5m；場地類別Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為8度0.2g，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類別為丙類；梁截面尺寸為250×250mm，柱截面尺寸為600×600mm，板厚100mm；梁、柱材料均采用C30混凝土，縱向受力鋼筋選用HRB400，箍筋選用HPB300；分析時(shí)板面恒荷載取5KN/m2(包含樓板自重)，活荷載取2KN/m2。根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，在SeismoStruct軟件中建立RC框架結(jié)構(gòu)的分析模型。

二、地震記錄的選擇

根據(jù)建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組從太平洋地震研究中心(PEER)強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫中選取5組實(shí)震記錄并合成2組人工模擬加速度時(shí)程曲線，即實(shí)震記錄RSN7-045、RSN9-000、RSN123-000、RSN188-135和RSN51-155、以及人工波SYS01和SYS02，本文所選5條強(qiáng)震記錄的相關(guān)信息如下表1。

表1 地震加速度記錄信息

三、地震作用下RC框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)

為了得到普遍適用的分析結(jié)果，輸入以上所選取的7條地震動(dòng)，對5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，計(jì)算其地震響應(yīng)。通常描述結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)所選參數(shù)包括樓層加速度、樓層位移、層間位移以及樓層剪力。其中，樓層位移，樓層加速度是指在相應(yīng)樓板位置的位移與加速度；層間位移是指相鄰樓板之間的相對位移；樓層剪力是指整個(gè)樓層承受的水平剪力。

在輸入地震作用下，RC框架結(jié)構(gòu)模型各樓層最大位移如下圖1以及層間位移如下圖2。

圖1 各樓層最大位移圖

圖2 各層層間位移圖

由3觀察可知，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的層位移逐層增加，在5層時(shí)達(dá)到最大值。層間位移角為層間最大位移與層高之比，規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值為1/550，由圖4可知層間位移為第2層達(dá)到最大值，其值大于規(guī)定限值，除了第5層層間位移角符合規(guī)范要求，其余樓層均不滿足要求。

在輸入地震作用下，RC框架結(jié)構(gòu)各層剪力如下圖3所示。

圖3 各層剪力圖

由圖3可知，結(jié)構(gòu)各層剪力在地震作用在都顯著增大，剪力由5層向底層逐步增大，特別是底層剪力在地震作用下已經(jīng)達(dá)到了1200KN，其值大于規(guī)范所規(guī)定限值，不滿足規(guī)范要求。

四、結(jié)論

通過對輸入地震動(dòng)作用下混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析得到，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)均比較大，最大層間位移逐層增加，層間位移以第2層達(dá)到最大值，層間位移角除第5層滿足要求外，其余各層均遠(yuǎn)超規(guī)范限值，以及剪力由5層向1層遞增，在1層達(dá)到最大值，達(dá)到1200KN，說明框架結(jié)構(gòu)在地震作用下處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

[1]胡義.地震激勵(lì)下在役RC框架結(jié)構(gòu)力學(xué)行為研究[D].西安建筑科技大學(xué),2013.

[2]閤東東,萬金國,周忠發(fā),等.地震作用下框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌模擬比較研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2014(14):81-85.

[3]李忠獻(xiàn),王虹,呂楊,等.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震失效模式優(yōu)化[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)與工程技術(shù)版,2014,47(4):364-370.

[4]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].地震出版社,1997.

劉星(1991-)，男，漢族，四川達(dá)州人，在讀研究生，研究方向結(jié)構(gòu)體系與優(yōu)化設(shè)計(jì)。