节点塑性铰位置及非结构件对结构抗震性能的影响

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1、节点塑性铰位置及非结构件对结构抗震性能的影响第一章绪论1.1引言地震由于其突发性和不可预测性，给人类社会带来了巨大的危害，因此抗震规范的制定也变得尤为重要。人们在震后的调查研究及总结分析中，不断完善抗震规范的措施要求。国内外现代化抗震设计规范中都提出了抗震性能设计理论，其创新的思想、先进的理论，促进了世界抗震事业的发展。性能设计的关键问题是塑性铰的概念，其概念在结构抗震设计中具有重要意义。塑性铰有良好的变形能力，其发生的变形可以消耗大量的地震能。塑性铰形成后，结构内力会发生改变，内力在结构上分配的更加均匀

2、，降低了结构整体结构在地震动下发生脆性破坏的可能性[1]。国内外对塑性铰的研究很多，但现行设计如果结果的计算模型不确切的话会对结构动力分析产生较大的影响，而模型化中塑性铰位置的设置是关键。因此，本文就节点塑性铰位置对结构抗震性能的影响展开了研究。和塑性铰的模型化一样，在实际结构分析中，是否考虑非结构构件，也会对结构的动力响应分析产生较大的影响。近年来，填充墙-框架结构在现实工程中应用的非常广泛，它具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点。在实际设计中，设计人员往往将结构作纯框架简化处理，基本不考虑填充墙对主

3、体结构的影响。但实际上，在地震动下填充墙和主体部分是共同工作的，忽略了填充墙的影响，往往会导致震害中构件的损伤及建筑物的严重破坏。因此，探讨填充墙对结构抗震性能的影响也是非常必要的。..........1.2国内外的研究状况1.2.1对塑性铰的研究由于较好的整体性和刚度，钢筋混凝土框架具有良好的抗震性能。震后调查报告表明，地震时大部分的破坏都发生在梁柱交接处，框架结构倒塌的一个主要原因就是节点的破坏。这表明，钢筋混凝土框架的节点区域是抗震最薄弱最敏感的区域[2]。图1.1[3]为汶川地震漩口中学主教学楼梁

4、柱节点处的破坏形态。在混凝土框架结构抗震设计中，期望结构在地震作用下达到的理想状态是强柱弱梁，塑性铰首先在梁端出现，使结构实现变形大、耗能多、整体延性好。图1.2为汶川地震南坝镇某商住楼，梁与楼板相连其刚度很大，很容易形成强梁弱柱，塑性铰首先在柱顶产生，柱子发生破坏，结构接近倒塌；图1.3为台湾集集???大地震中已倒塌的框架，同样由于梁与楼板相连其刚度较大，而柱子截面很小，形成强梁弱柱，柱子先发生破坏，以致整体结构倒塌。近年来，国内外的学者就这节点区对抗震性能影响方面的问题作了初步的研究探讨，发表了相关的

5、论文。1957年，G.C.Erns对钢筋混凝土梁的塑性铰区作了动力荷载下的研究分析，研究了钢筋混凝土受弯构件的塑性铰区，建立了相应的有限元模型，结果表明：1.在变形不断增长时，与塑性铰相关的三个区域，包括钢筋屈服区、混凝土压碎区和曲率定位区，会限制塑性铰区域的无限延伸，钢筋屈服区的长度是三个塑性铰区的最大值；2.真正的塑性铰区在大部分的塑性转角所占的比例，远远小于构件的屈服区域；3.现存的依靠经验来预测塑性铰长度的模型，还不能完全考虑到所有的影响因素。..........第二章分析模型及材料本构关系2.1

6、概述钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组合而成的，材料自身的各种力学性能，都对钢筋混凝土构件的工作性能有一定影响。本章将从构件有限元分析模型和材料本构关系两方面进行阐述。2.2钢筋混凝土框架有限元分析模型有限元分析通过用较简单问题来代替复杂问题后再求解，以达到模拟实际工程的数学特征的目的，建立结构计算模型的准确与否，会直接影响到计算的结果。钢筋混凝土框架结构分析方法主要有五个，分别为:三维分析模型、屈服面模型、集中塑性铰模型、分布塑性铰模型和纤维模型。2.2.1三维分析模型钢筋混凝土结构的三维有限元模

7、型主要方式有如下三种：分离式模型将钢筋和混凝土两个单元分离，把它们各自划分成很小的单元，同时忽略钢筋的抗剪能力。为了模拟钢筋和混凝土间的粘结和滑移的情况，插入了所谓的联结单元。存在的不足之处是，由于试验研究的不足，一些重要系数难以确定。整体式模型将钢筋单元与混凝土单元当作一个整体，混凝土单元里分布着钢筋单元，计算单元刚度的时候，按连续均匀的材料计算，方法简单、计算简便。在大体积钢筋混凝土结构中得到普遍适用。该方法存在的不足之处在于无法获取钢筋和混凝土各自的受力情况，不能求得钢筋的应力分布及裂缝开展情况。组

8、合式模型介于以上两种模型之间，它假设钢筋与混凝土之间粘结良好，没有相对的滑移。............第三章塑性铰的理论分析...........163.1概述.......173.2塑性铰的概念.........173.3塑性铰的特点.........173.4塑性铰的分类.........173.6刚域的设置....183.6.1刚域的定义及其性质....183.6.2刚域的设置...........193.6.3节点塑性