基于地震損傷性能的鋼筋混凝土結構設計分析

楊 帆(山西省水利水電勘測設計研究院 山西省 太原市 030024)

基于地震損傷性能的鋼筋混凝土結構設計分析

楊 帆
(山西省水利水電勘測設計研究院 山西省 太原市 030024)

本文主要結合我國的地震的設防水準進行相關工作，基于為國內外有關人員對地震損傷的大量研究結果，提出了鋼筋混凝土結構地震損傷的“三水準”新能目標；此外，對于剪切型鋼筋混凝土結構提出了一系列地震損傷計算方法。

地震損傷性能；鋼筋混凝土；結構設計

引言

近幾年我國社會經濟水平迅速提高，同時，我國發(fā)生了幾起大的地震災害事故，遭受了巨大的損失，每次地震都會對當?shù)厝藗兊娜松碡敭a安全造成巨大的影響。我國的建筑大部分都是鋼筋混凝土結構，為了減低地震災害對當?shù)厝嗣竦挠绊?，專業(yè)人員基于地震損傷性能進行了鋼筋混凝土結構設計研究，并且提出了“大震不倒、中震可修、小震不壞”的抗震標準，本文主要對基于地震損傷性能的鋼筋混凝土結構設計進行了分析，希望能夠為鋼筋混凝土結構設計人員提供一定的借鑒。

一、地震損傷性能的目的

（一）地震損傷模型

通常情況下，強烈地震對鋼筋混凝土結構進行反復作用，結構會自動產生彈塑性變形進會產生低周抗疲勞效應，為了能夠科學地、正確地反應彈塑性變形和低周抗疲勞效應之間的歡喜，專業(yè)人員提出了科學的地震損傷模型，并且針對不同的混凝土結構不同的科學家提出了不同的地震損傷模型，能夠保證工作的正常開展。

（二）地震的震害等級和損傷指數(shù)

通常情況下，依據地震作用下建筑結構的損傷程度可以分為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和倒塌五個等級。我國的專家根據唐山大地震的相關數(shù)據和調查結果，編寫了一份報告，報告中描述了地震的震害等級如下表：

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（三）地震設防水準

我國的有關部門對華北、西北和西南三個地區(qū)共45個城鎮(zhèn)的地震災害進行了數(shù)據調查，并且對調查獲取的數(shù)據進行了分析，得出了我國50年基準期內最大的地震強烈度的概率分布符合以下公式：

（四）地震損傷性能目標

為了保證設計人員能夠對地震設防水準和結構性能水平進行科學、合理地考慮，并有效結合我國目前的建筑結構設計規(guī)范，對鋼筋混凝土結構進行了三水準抗震設計的地震損傷性能目標。在這個性能目標當中，大震、中震、小震下一般結構的損傷指數(shù)為0～0.25，0.25～0.5，0.5～0.9，為了保證地震作用下重要的建筑結構還能夠具有正常的使用功能，可以將中震和大震下重要建筑結構的損傷性能目標提高一個等級，中震、大震下重要結構的損傷指數(shù)為0～0.25,0.25～0.5，對于鋼筋混凝土結構抗震設計的硬性規(guī)定可以取得以上數(shù)據的雖大值。

二、地震損傷的計算

（一）恢復力模型和參數(shù)的設定

建筑結構的彈塑性反應、損傷和倒塌分析工作的基礎就是鋼筋混凝土構件的恢復力模型和具體的參數(shù)，一般都是有骨架曲線和質變規(guī)則共同確定鋼筋混凝土構件的恢復力模型，對于剪切型鋼筋混凝土結構，結構層間柱是典型的壓彎構件，工作人員可以建立三線性恢復力模型進行相關計算。

本文分析的耗能器主要為位移相關型，包含了金屬屈服型和摩擦型兩種類別，被動耗能器可以和斜撐進行串聯(lián)使用，并且這兩個部分可以合并為一個單元，合并后的單元被稱為耗能斜撐，使工作人員能夠根據合并后的單元對力和變形的關系進行分析。金屬屈服耗能器的力和變形的關系可以用雙線性模型進行表示和計算，該模型的特征參數(shù)包含了初始剛度、第二剛度、屈服力以及屈服位移等多個種類，并且耗能斜撐一把都是處于彈性工作的狀態(tài)。

（二）地震損傷計算

1、時程分析法

剪切型鋼筋結構的運動方程可以用以下公式表現(xiàn)出來：

2、計算方法的簡化

為了保證計算的準確性和速度，計算人可以對剪切型鋼筋混凝土結構的結構層地震損傷進行簡化計算，主要是簡化計算地震最大變形和累積滯變耗能兩個參數(shù)。

①地震最大變形：為了能夠簡化計算剪切型結構的層間地震最大位移，我國很多專家進行了大量的研究，并且根據對研究數(shù)據的分析，我國的高小旺專家針對剪切型結構層間地震最大位移制定了簡化公式，公式如下：

如果僅僅是進行薄弱層地震損傷性能的計算工作，則薄弱層的最大地震位移可以直接按照我國有關部門制定的建筑結構抗震設計規(guī)范中的公式和規(guī)定進行計算。

②累積滯變耗能：對于剪切型鋼筋混凝土結構，結構的層間累積滯變耗能和地震動強度、持時以及恢復力等多種參數(shù)有密切的聯(lián)系，Nariyuki和邱法維對結構層中累計耗能的分布情況進行了研究，并且提出了結構層間累積滯變耗能的簡化公式，公式如下：

三、基于地震損傷性能的設計方法

（一）地震損傷直接驗算法

為了保證上文提出的“三水準”地震損傷性能目標能夠實現(xiàn)，鋼筋混凝土結構的設計方法如下：

1、在多遇地震作用下一般結構的設計方法可以按照建筑結構抗震設計規(guī)范進行相關計算工作，主要應該對截面抗震驗算和變形驗算兩個環(huán)節(jié)進行計算：

2、在罕遇的地震作用下進行薄弱層的地震損傷驗算可以按照如下公式進行：

（二）變形演算法

為了保證鋼筋混凝土結構能夠滿足“三水準”地震損傷性能豬呢的抗震設計工作可以按照如下方法開展：

1、多遇地震作用下的一般結構和設防烈度地震作用下的重要結構可以按照我國目前的建筑結構抗震設計規(guī)范進行截面抗震驗算和變形驗算工作。

2、在罕遇地震的作用下進行薄弱層的變形驗算工作可以按照以下公式進行：

對于一般結構，必要時要對規(guī)范中規(guī)定的“中震可修”的目標進行驗算。

結語

隨著社會的發(fā)展，我國的科技水平迅速提高，人們對鋼筋混凝土結構安全習性的要求越來越高，本文分析了鋼筋混凝土結構的地震損傷性能目標、簡化計算和抗震設計方法等多個方面，并且得到了以下幾個方面的結論：

1、文章提出了鋼筋混凝土結構地震損傷的“三水準”性能目標，該目標能夠反映出我國實際建筑的地震設防水準和建筑的結構功能失效和倒塌的原理，并且對一般結構和主要結構的性能目標進行了分析，提高了建筑結構的抗震功能。

2、工作人員可以使用時程分析法和簡化計算法進行地震損傷計算工作，文章總結了剪切型結構地震計算的基礎，希望能夠為有關人士一定參考。

3、地震損傷性能的設計工作是保證鋼筋混凝土結構問題定的基礎，并且不同烈度地震下的建筑地震損傷程度也不同。

[1]歐進萍,何政,吳斌,邱法維. 鋼筋混凝土結構基于地震損傷性能的設計[J]. 地震工程與工程振動,1999,01:21-30.

[2]何政,歐進萍. 鋼筋混凝土結構基于改進能力譜法的地震損傷性能設計[J].地震工程與工程振動,2000,02:31-38.

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1007-6344（2016）06-0069-01