長周期地震動作用下RC框架結構的抗震性能分析

(西安工業大學建筑工程學院 陜西 西安 710021)

長周期地震動作用下RC框架結構的抗震性能分析

劉星

(西安工業大學建筑工程學院陜西西安710021)

為研究RC框架結構在長周期地震動作用下的抗震性能，本文建立了5層RC框架結構模型，選取5條典型地震波和2條人工波，對RC框架進行動力時程分析，結果表明：RC框架結構的加速度響應均比較大，最大層間位移逐層增加，層間位移以第2層達到最大值，層間位移角除第5層滿足要求外，其余各層均遠超規范限值，RC框架結構在長周期地震動地震作用下處于危險狀態。

RC框架結構；長周期地震動；抗震性能

目前，關于鋼筋混凝土框架結構地震響應的研究已有很多，但側重點各不相同，其中，大部分文獻針對框架結構的宏觀地震響應，比如，加速度響應、速度響應、位移響應以及剪力分布等，進行了研究，雖然得到了許多有益的結論，但是，針對RC框架結構在地震作用下，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計在我國尚處于發展階段，二是結構分析軟件的發展尚不能滿足研究者的要求。隨著科學技術的發展，能夠對結構進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構專用有限元分析軟件已經產生，為深入開展結構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果，本文選用某體型規則的5層鋼筋混凝土框架結構作為研究對象。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，抗震設防烈度為8度0.2g，結構的抗震設防類別為丙類；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；分析時板面恒荷載取5KN/m2(包含樓板自重)，活荷載取2KN/m2。根據我國《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)和《混凝土結構設計規范》中的相關規定，在SeismoStruct軟件中建立RC框架結構的分析模型。

二、地震記錄的選擇

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

表1 地震加速度記錄信息

三、地震作用下RC框架結構的地震響應

為了得到普遍適用的分析結果，輸入以上所選取的7條地震動，對5層鋼筋混凝土框架結構進行動力時程分析，計算其地震響應。通常描述結構的地震反應所選參數包括樓層加速度、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；樓層剪力是指整個樓層承受的水平剪力。

在輸入地震作用下，RC框架結構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，鋼筋混凝土框架結構的層位移逐層增加，在5層時達到最大值。層間位移角為層間最大位移與層高之比，規范規定鋼筋混凝土框架結構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層達到最大值，其值大于規定限值，除了第5層層間位移角符合規范要求，其余樓層均不滿足要求。

在輸入地震作用下，RC框架結構各層剪力如下圖3所示。

圖3 各層剪力圖

由圖3可知，結構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達到了1200KN，其值大于規范所規定限值，不滿足規范要求。

四、結論

通過對輸入地震動作用下混凝土框架結構的地震響應分析得到，結構的加速度響應均比較大，最大層間位移逐層增加，層間位移以第2層達到最大值，層間位移角除第5層滿足要求外，其余各層均遠超規范限值，以及剪力由5層向1層遞增，在1層達到最大值，達到1200KN，說明框架結構在地震作用下處于危險狀態。

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劉星(1991-)，男，漢族，四川達州人，在讀研究生，研究方向結構體系與優化設計。