水平与竖向强震作用下混凝土框架结构抗剪性能研究.ppt
水平与竖向强震作用下混凝土框架结构抗剪性能研究,土木工程与力学学院 结构工程专业,目 录,一、选题背景及研究意义二、国内外研究现状三、研究内容四、研究方案及研究结果五、研究结论与展望,选题背景及研究意义,1994年美国Northbridge大地震以来，近断层地震作用更容易引起建筑结构的破坏的观点被普遍认同。1.丰富的脉冲成分 2.显著的竖向分量（峰值比超过2.0）,选题背景及研究意义,近年的地震震害统计表明，不少建筑的破坏有竖向地震作用的痕迹。典型的破坏模式：建筑结构的坐层倒塌。,日本阪神地震（1995）,中国汶川地震（2008）,选题背景及研究意义,坐层倒塌：偏移坐层与坍落坐层坍落坐层：框架柱的压溃破坏或者抗剪失效，为脆性坐层倒塌。,1、地震发生的频率2、我国地处两大地震带之间3、我国人口密度大、城市化速度快,研究脆性倒塌形成机理很有必要,混凝土结构抗剪性能研究是重点,倒塌发生概率倒塌的危害性,增加,研究现状抗剪失效坐层震害调查及解析研究,震害调查,解析研究,1985年墨西哥8.1级地震、1995年日本阪神地震2008年中国汶川地震、2010年智利康塞普西翁地震不少建筑结构出现中间层或底层整体坐层倒塌,日本学者解析阪神地震中坐层主要为抗剪失效倒塌抗剪承载力的损失而引起的竖向承载力损失抗剪失效因素：剪跨比、配筋率、不规则（刚度或强度）、竖向与水平速度脉冲强震作用,研究现状竖向地震对RC柱抗剪承载力影响研究,1.王家辉26,2.Nakamura27,基于轴向静力加载试验得出结论：混凝土框架柱抗剪承载力随着轴压比的增加呈先增加后减小变化趋势，当轴压比很大时，抗剪承载力完全损失。,基于动力加载的试验表明：轴向荷载水平及荷载时程是混凝土柱破坏形态的重要影响因素，框架结构发生倒塌破坏时抗剪承载会完全消失。,研究现状竖向地震对RC柱抗剪承载力影响研究,3.Kunnath28,混凝土桥墩的抗剪承载力在竖向速度脉冲地震作用下有明显的削弱。,4.Brown32,通过振动台增量动力时程试验研究了近断层地震对桥墩抗剪性能的影响，结果表明桥墩柱在竖向速度脉冲地震作用下更加容易发生脆性剪切失效。,5.Sarno32,研究速度脉冲地震作用下混凝土柱的抗剪能力与需求比，结果表明峰值比会引起柱轴力的显著变化，进而引起抗剪能力与需求比之间的变化。,研究现状竖向地震对RC柱抗剪承载力影响研究,从最近国内外的研究报道来看，现有的研究主要集中于桥梁结构或构件的抗剪性能研究。然而建筑结构与桥梁结构的动力特性差异：竖向振动周期小、框架柱轴压比大、剪跨比小在现有的研究基础上，深入解析混凝土框架结构剪切失效坐层倒塌的机理依然是重要课题。,研究内容,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究 以10层平面框架结构为动力时程分析对象，分析竖向地震强度以及竖向地震与水平地震频谱特性差异对框架柱轴力分布模式的影响。水平与竖向强震作用下混凝土框架结构抗剪性能研究 以5层平面大跨框架结构为动力时程分析对象，采用正交试验方法，分析水平与竖向地震作用下框架梁、柱抗剪性能系数与峰值比、剪跨比、竖向振动周期以及初始轴压比之间的关系，并对梁、柱抗剪性能做对比分析。,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,水平周期:1.047s竖向周期:0.104s初始轴压比:0.53软件:SeismoStruct,数值模型,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,地震波选取：近断层（R30km）5组地震波竖向地震动输入模式：1、采用原始竖向地震波输入；2、采用水平地震波作为输入。,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,中震框架柱轴压力分布,左边柱,左中柱,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,中震框架柱轴拉力分布,左边柱,左中柱,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,罕遇地震框架柱轴压力分布,左边柱,左中柱,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,罕遇地震框架柱轴拉力分布,左边柱,左中柱,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,竖向地震输入模式对框架柱轴压力分布,左边柱,左中柱,近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究,竖向地震输入模式对框架柱轴拉力分布,左边柱,左中柱,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,数值模型和工况设置,工况设计方法：正交设计方法框架设计：框架柱抗剪承载/框架梁抗剪承载力约为1.66,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,参数分析,研究对象：底层梁、柱抗剪性能：能力/需求抗剪公式：,动态抗剪性能示意,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,参数分析峰值比的影响,框架梁,框架柱,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,参数分析剪跨比的影响,框架梁,框架柱,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,参数分析竖向周期的影响,框架梁,框架柱,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,参数分析初始轴压比的影响,框架梁,框架柱,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,框架梁、柱抗剪性能的对比,强梁弱柱：仅柱出现抗剪失效,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,框架梁、柱抗剪性能的对比,梁先于或与柱同时发生抗剪失效,水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究,框架梁、柱抗剪性能的对比,强梁弱柱：柱先于梁发生抗剪失效,研究结论与展望,（1）当竖向地震作用强度较大时，框架柱出现的最大轴压力能达到初始值轴压力的23倍；有较多楼层的框架柱出现拉力，边柱最大拉力一般出现在下部楼层，而中间柱最大拉力出现在中部楼层。竖向地震作用对混凝土框架结构上部柱的影响大于下部柱，对边柱的影响大于中间柱，竖向地震作用强度比双向地震加速度峰值比对混凝土框架柱轴力的影响大。（2）竖向地震频率特征对框架柱轴力有很大影响，抗震规范建议通过缩放水平地震记录而获得竖向地震记录的方式进行竖向地震响应分析，可能低估竖向地震对结构动力反应的影响。,研究结论与展望,(3)随着峰值加速度比的增加，框架梁、柱的抗剪性能系数呈减小趋势；混凝土框架梁、柱抗剪性能系数随着剪跨比的增大呈先增大后减小的变化趋势，当剪跨比为3.0时，梁和柱的抗剪性能系数达到峰值；结构的竖向振动周期的增大对框架梁、柱的抗剪性能有明显的削弱作用；随着框架柱的初始轴压比的增加，框架梁、柱的抗剪性能系数呈先增大后减小的变化趋势，梁和柱的抗剪性能系数峰值分别出现在轴压比为0.45与0.40时。(4)水平与竖向强震联合作用下，混凝土框架结构可能发生柱先于梁发生剪切破坏的“强梁弱柱”失效模式。,研究结论与展望,(1)内容二进行正交表设计时，没有考虑各参数水平之间的交互影响，后续相关研究应对正交表进行改进，考察各个参数之间的交互影响，从而得到抗剪性能的最优设计。(2)抗剪承载力计算仅采用了我国混凝土结构设计规范给出的抗剪计算模型，后续研究宜采用多种计算模型计算进行比较。(3)基于本文研究发现，后续宜开展混凝土框架柱与框架梁初始抗剪承载力不同比值下，峰值比、剪跨比等参数对发生柱先于梁抗剪失效概率的研究。,
