型鋼混凝土組合結構靜力彈塑性pushover分析★

劉會欣 楊群星

(河北工程大學水電學院，河北 邯鄲 056038)

·結構·抗震·

型鋼混凝土組合結構靜力彈塑性pushover分析★

劉會欣 楊群星

(河北工程大學水電學院，河北 邯鄲 056038)

以型鋼混凝土組合結構為例，采用靜力彈塑性方法對遭遇地震后此種結構出現(xiàn)的各種破壞狀況做了詳細的pushover分析，最后由分析的各種數(shù)據(jù)表明此結構的抗震性能很好，值得進一步的研究。

pushover分析，SRC-RC結構，抗震性能

我國很大部分的地域處在地震區(qū)，地震的發(fā)生會給人類帶來不可避免的災難，由于我們國家的現(xiàn)有建筑存在一些弊端，例如：剛度小，延性差，防火性能差，抗震性能差等。隨著科學技術的進一步提高，我國現(xiàn)有的一些建筑已經(jīng)不能完全滿足這一時期抗震規(guī)范所要求的抗震性能。而型鋼混凝土組合結構由于其延性好，剛度大等優(yōu)點，彌補了現(xiàn)有結構的一些弊端，因此在抗震領域發(fā)揮了很大的作用。目前，國內(nèi)外學者在抗震性能方面對鋼筋混凝土框架結構、鋼結構和雜交結構進行靜力彈塑性的研究已經(jīng)趨于成熟,而對于SRC-RC組合結構進行此類抗震性能研究的卻很少。本文以一個型鋼混凝土組合結構為例,通過有限元軟件SAP2000采用靜力彈塑性方法對此組合結構的抗震性能進行了研究和探討。

1 pushover分析的基本原理

pushover方法從本質(zhì)上是基于靜力彈塑性研究的一種對建筑結構進行抗震性能測定的分析方法，與傳統(tǒng)的抗震方法相比，此研究方法有很大的科學性和合理性。這種方法在研究過程中考慮了所研究建筑構件的彈塑性性能，并且在研究過程中進入了反應譜并對其進行成果的分析。此方法的基本過程是：首先在建立的建筑結構模型上施加模擬的地震側向水平力，隨之逐漸增大該水平力直到此建筑結構進入塑性狀態(tài)以后開裂或屈服，最后依據(jù)結果修改該構件的剛度，直至建筑結構達到預定的狀況為止。其大致步驟是:依據(jù)所研究建筑結構的實際情況在建筑物上施加某種分布的水平力，逐步增大水平力數(shù)值使各個構件依次進入塑性狀態(tài)[2]。由于建筑結構在水平力的作用下進入塑性狀態(tài)后，導致整個結構的性能會隨之發(fā)生變化，因而根據(jù)建筑物變化后的結構剛度來調(diào)整所施加的水平力。這樣反復交替之后，直到所研究建筑結構達到預定的狀態(tài)，即位移超過限值為止。這種方法的優(yōu)點在于:水平力的大小是根據(jù)結構在不同工作階段的周期，由設計反應譜求得，而分布則根據(jù)具體結構的振型變化求得。與振型分解反應譜法相比較，此方法考慮了建筑結構的彈塑性性質(zhì)；與時程分析法相比較，此研究方法輸入數(shù)據(jù)簡單，分析結果簡明易懂。

2 pushover分析的操作流程

1)建立SRC-RC組合結構的研究計算模型，包括所研究單元類型、材料特征、截面情況等。2)由SAP2000軟件自動計算出在構件上施加的荷載產(chǎn)生的內(nèi)力值的大小。3)側向加載模式的確定：荷載的分布模式主要有三種，即：均勻荷載分布、倒三角荷載分布和根據(jù)一階振型和節(jié)點質(zhì)量大小確定側向加載模式(見表1)。不管選用哪一種都不能模擬出地震力的最真實情況，因而在對建筑結構進行pushover分析時采用兩種或三種加載模式進行研究。4)pushover工況的確定：在選用SAP2000進行研究中，首先要確定荷載工況，然后將其確定值加到建筑結構上。在運行過程中，各個分析工況之間是互相聯(lián)系互相依存的，而不是獨立的。此軟件在分析pushover時的工況見表2。5)進行運行結果的分析。

表1 三種荷載分布模式

表2 SAP2000中分析pushover時的工況

3 pushover分析方法的工程應用

本案例中的研究模型為一SRC-RC組合建筑結構，全框架結構體系，樓層為9層，底層層高為3.6 m，標準層及頂層層高均為3 m，此建筑結構總高度為27.6 m，場地類別為Ⅲ類，場地土特征周期為0.45 s，抗震設防烈度為8度，抗震等級為一級，框架等級為二級。樓面板的厚度為150 mm，選用殼單元模擬,框架梁的尺寸為500 mm×250 mm,柱子柱中型鋼的尺寸如表3所示，梁、柱采用HRB335級鋼筋，梁采用C20級混凝土，柱采用C30級混凝土，建筑樓面的恒載取值為4.0 kN/m2，活荷取2.0 kN/m2；屋面恒荷4.5 kN/m2，活載取0.5 kN/m2。

表3 型鋼尺寸表

1)對此SRC-RC組合結構進行pushover分析，分析結果得出此建筑結構關于基底剪力—頂點位移的曲線，也稱為結構的能力曲線，如圖1所示。由圖1可知：曲線的最高點，基底剪力值是2 838 kN、頂點位移值是0.172 m，曲線的最高點對應的基底剪力值為所研究結構的最大承載力。圖中的這條曲線可以近似分成三段折線，即三個階段，第一階段建筑結構處于彈性階段；第二階段圖中荷載—變形曲線趨于平穩(wěn)，塑性鉸開始形成直至進入屈服階段；第三階段塑性鉸向極限承載力方向發(fā)展，曲線斜率逐漸減小，最后的下降段預示結構最終破壞。2)SAP2000用的是美國規(guī)范，轉化中國規(guī)范的αmax和Tg(s)為美國規(guī)范的Ca和Cv，如表4所示：依

次輸入表中的Ca，Cv值，得出能力譜與需求譜圖形，如圖2所示。8度多遇(小震)下建筑結構的性能點坐標分別為Sa=0.117g和Sd=0.007 66 m，其對應的基底剪力和相應的頂點位移分別為：Vbase=417.24 kN，Δtop=0.008 1 m。性能點位于第一條折線內(nèi)，小于小震不壞控制點，處于彈性階段范圍。如圖3所示：8度基本(中震)下建筑結構的性能點坐標分別為Sa=0.265g和Sd=0.022 m，其對應的基底剪力和相應的頂點位移為：Vbase=934.07 kN,Δtop=0.023 m。性能點位于小震不壞控制點的附近，滿足中震可修的抗震要求。如圖4所示：8度罕遇(大震)下結構的性能點坐標分別為Sa=0.430g和Sd=0.046 m，其對應的基底剪力和相應的頂點位移是：Vbase=1 487.55 kN,Δtop=0.047 m。性能點位于第二條折線內(nèi)，小于大震不倒控制點，滿足大震不倒的抗震要求。3)此建筑結構在達到性能點時8度罕遇地震作用下的層位移、層間位移和層間位移角如表5所示。

表4 不同地震烈度對應的Ca，Cv值

表5 SRC-RC結構的層位移、層間位移和層間位移角

4 結語

通過分析此SRC-RC結構在性能點時8度地震作用下的層位移、層間位移和層間位移角的數(shù)據(jù)值得出：此建筑結構模型的最大層間位移角為1/407，小于GB 50011-2001建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定的限值1/50，滿足建筑抗震規(guī)范的要求；由能力譜與需求譜圖形得知，此結構滿足小于小震，中震可修，大震不倒抗震設防目標。

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Pushover analysis of shaped-steel reinforced concrete mixed structure★

LIU Hui-xin YANG Qun-xing

(CollegeofCivilEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038，China)

In the paper, the steel reinforced concrete structure is taken as example, the detailed pushover analysis is conducted using static elastoplastic analysis for the various destroyed conditions of the structure after earthquake. Finally, the various kind of data by the analysis shows the anti-earthquake’s function of the structure is so excellent that is worthy of further study.

pushover analysis， SRC-RC structure, anti-earthquake function

1009-6825(2014)30-0047-02

2014-08-15★:河北省高等學校科學研究計劃項目(項目編號：2011220)

劉會欣(1978- )，女，講師； 楊群星(1968- )，女，講師

TU313

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