基于Pushover方法對(duì)某L形鋼混結(jié)構(gòu)抗震影響因素分析

宗琪 柴智

摘 要：談到抗震，我們通常想到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的三個(gè)原則，“小震不壞、中震可修、大震不倒”。對(duì)于小震和中震來(lái)講，通常只需考慮結(jié)構(gòu)彈性變形范圍內(nèi)的變化。而對(duì)于罕遇地震，我們也要考慮彈塑性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的抗震性能，這也是我們通常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中面臨的難點(diǎn)。文章主要采用了某個(gè)L形鋼混結(jié)構(gòu)實(shí)例，用Midas/gen軟件進(jìn)行分析，通過(guò)Pushover分析方法來(lái)探究柱截面、梁截面、結(jié)構(gòu)高度等因素對(duì)于結(jié)構(gòu)的彈塑性抗震性能的影響。

關(guān)鍵詞：Pushover；性能點(diǎn)；塑性鉸

1 工程概況

該工程是位于山東的某辦公樓，共六層，結(jié)構(gòu)高度21.6m。是一不規(guī)則L形鋼混結(jié)構(gòu)。柱截面為500mm*500mm，梁截面為250mm*650mm，混凝土等級(jí)C30。設(shè)計(jì)地震分組為兩組，地震設(shè)防烈度為7（0.1g）度，場(chǎng)地類別為II類，框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

本次分析采用Midas/gen[1]2014版本，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1

2 罕遇地震下抗震影響因素分析

在結(jié)構(gòu)抗震方面，常考慮“強(qiáng)柱弱梁”，通過(guò)梁的塑形變形來(lái)吸收地震能量，給人們充分的預(yù)警。因此，文章將會(huì)通過(guò)改變梁柱的截面尺寸和結(jié)構(gòu)高度[2]，分別研究該L形框架結(jié)構(gòu)在大震下的彈塑性抗震性能，進(jìn)行對(duì)比分析。

模型1為原結(jié)構(gòu)模型，模型2柱截面長(zhǎng)寬均增加50mm為550mm，模型3柱截面長(zhǎng)寬均減小50mm為450mm，模型4梁截面高度增加50mm為700mm，模型5梁截面高度減小50mm為600mm，模型6結(jié)構(gòu)增加4層，結(jié)構(gòu)高度為36m。

2.1 性能點(diǎn)對(duì)比分析

需求譜曲線是將標(biāo)準(zhǔn)的加速度反應(yīng)譜（Sa-T 譜）轉(zhuǎn)換為ADRS格式。定義 7度（0.10g）罕遇地震下的需求譜。Midas/gen可以建立結(jié)構(gòu) 5%阻尼設(shè)計(jì)反應(yīng)譜并轉(zhuǎn)換成ADRS 格式，并將能力譜與Sa-Sd反應(yīng)譜繪制在一起，兩譜的交點(diǎn)即為性能點(diǎn)。6個(gè)結(jié)構(gòu)模型罕遇地震性能點(diǎn)（Sa，Sd）數(shù)據(jù)均能找到，如表1所示。

通過(guò)對(duì)比，隨著梁的截面增加，性能點(diǎn)位移減小，明顯減小了的性能點(diǎn)的位移，說(shuō)明增大梁的截面不僅增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的在彈性變形的剛度，對(duì)于罕遇地震下的彈塑性變形，也起到不小的作用。再看模型2和3，對(duì)比1得，隨著柱子截面高度增加，底部剪力越大，但是性能點(diǎn)位移差距不大，說(shuō)明改變柱子截面不如梁截面對(duì)性能點(diǎn)最大位移影響明顯。

同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)譜的加速度越大，等效周期越短。譜的位移與等效位移，沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2 結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制分析

本次模擬選擇Y方向推覆，來(lái)分析一下此L形框架結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制，6個(gè)結(jié)構(gòu)模型在罕遇地震性能點(diǎn)處的塑性鉸發(fā)展情況進(jìn)行對(duì)比，以分析罕遇地震下抗震性能的影響，如圖2所示。

圖2 各個(gè)模型性能點(diǎn)處塑性較發(fā)展情況

對(duì)比可知，前三個(gè)模型的塑性鉸有大量鉸進(jìn)入“B階段”，分別占有比例10.8%、8.8%、10.9%。說(shuō)明在罕遇地震作用下，對(duì)于此框架結(jié)構(gòu)，改變柱子截面尺寸，一定程度會(huì)對(duì)塑形鉸的發(fā)展有影響，即截面增大塑性較發(fā)展慢、截面減小塑性較發(fā)展較快，但是變化影響不顯著。但是梁截面增加或減小與柱子變化相反，分別為14.5%和8.6%，相對(duì)柱子變化明顯。

把結(jié)構(gòu)模型在性能點(diǎn)處的塑性鉸發(fā)展情況進(jìn)行對(duì)比可知，與模型1相比，模型6的塑性鉸有16.4%大量鉸進(jìn)入“B階段”。說(shuō)明在罕遇地震作用下，對(duì)于L形框架結(jié)構(gòu)，增加建筑高度，增加塑形鉸的發(fā)展最明顯。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此L形框架結(jié)構(gòu)，用pushover分析方法，研究了柱子截面、梁截面以及結(jié)構(gòu)高度對(duì)pushover分析結(jié)果的影響，得到以下結(jié)論。

（1）增大柱子截面、減小梁截面、增加結(jié)構(gòu)高度，會(huì)增加性能點(diǎn)位移，不利于結(jié)構(gòu)的彈塑性抗震位移。

（2）柱截面增加，塑性鉸發(fā)展變慢；梁截面增加，塑性鉸發(fā)展加速，不利于抗震塑性較的發(fā)展。增加結(jié)構(gòu)高度，對(duì)于整體的塑性鉸開(kāi)展，會(huì)起到明顯增加的作用，降低結(jié)構(gòu)的彈塑性抗震性能。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣玉川，傅旭彬，閻慧群，等.MIDAS在結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2]唐劍維.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)Pushover分析[D].青島：青島理工大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：宗琪（1991-），男，漢族，山東濱州人，碩士研究生在讀，主要從事建筑結(jié)構(gòu)方向研究工作。