钢筋混凝土框架结构弹塑性动力响应分析

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1、第3O卷第2期．核动力工程Vl0I．30．No．22009年4月NuclearPowerEngineeringApr．2009文章编号：0258．0926(2008)02．0041．06钢筋混凝土框架结构弹塑性动力响应分析李忠诚(中广核工程设计有限公司，广东深圳，518029)摘要：基于一榀空间混凝土框架结构的地震响应实验结果，采用以力法为基础的纤维梁单元模拟材料非线性及粘结-滑移特征，进行弹塑性动力响应分析，并将分析结果与线弹性反应分析及实测结果进行对比。结果表明，弹塑性分析是提高钢筋混凝土结构地震响应分

2、析精度的有效手段，对于在役核电站的地震安全评价，引入有效的非线性分析方法是有价值的。关键词：钢筋混凝土；结构；弹塑性；动力响应；分析中图分类号：TM623：TB12文献标识码：A1引言人有效的非线性分析方法。地震作用下的非线性性能是钢筋混凝土结构2实验框架及实验步骤的固有特征，多年来在这一领域有着丰硕的研究2．1实验框架成果[1~12】。目前，核电站安全相关的混凝土结构2．1．1试件试件的主要几何特征如图l所示。地震响应分析均基于线弹性假定，在动力分析中主要构件截面尺寸为：空间框架总高6．87m；柱不考虑结

3、构材料的非线性，而且假定钢筋不出现截面为0．26m~O．26m；楼板厚度为0．12m，边长滑移，与混凝土保持理想粘结。对于在役核电站，4．26m；梁截面为OAm~O．26m。随着运行期的发展和环境的长期作用，结构会不断老化，呈现出强度降低、刚度退化以及钢筋与混凝土之间粘结破坏等老化特征。由于结构老化会影响结构的动态特征，进而影响结构的地震响应，因此，对在役核电站进行地震安全评价时有4001203—]r一．57C必要考虑结构的弹塑性特征。为了更好地研究在役工业厂房混凝土框架C260C结构的非线性地震响应特征，

4、2004年，法国原子fO．27(能委员会(CEA)抗震与力学实验室完成了1榀r口11：l比例的钢筋混凝土框架地震响应实验【2】。在4260振动台实验过程中以及实验结束后，结构呈现出a框架截面b框架配筋图1实验框架的几何特征及配筋明显的弹塑性特征，在梁．柱节点区出现了较宽的Fig．1GeometricalandReinforcingFeaturesofFrame裂缝，而且在主裂缝附近区域出现了明显的粘结．滑移现象。本文采用以力法为基础的纤维梁单元2．1．2配筋为了真实地模拟在役电厂建筑物模拟材料非线性及粘结．

5、滑移特征，进行弹塑性动的结构特点，框架节点按法国旧规范配筋(图2)。力响应分析，并将分析结果与线弹性反应分析及钢筋采用Fe500．3，其力学性能见表l；相关指标实测结果进行对比。结果表明：弹塑性分析是提按法国规范确定；混凝土的力学指标见表2。振高钢筋混凝土结构地震响应分析精度的有效手动台及框架节点的位移与加速度传感器布置如图段，对于在役核电站的地震安全评价，有必要引3所示。图3中，axtab为振动台的加速度；axdpl、收稿日期：2008—03．17：修回日期：2008-09-28核动力工程Vb1．3O．N

6、O．2．2009表3不同工况下振动台的加速度峰值及持续时间I．．．__JTable3PeakAccelerationandDurationforVibration筋TableunderDi雎rentConditions筋／65㈠／65实验工况加速度峰N／g持续时间／s白噪声O．1O80．0O—]第1次单轴地震激励(MAS~I)O．1930．OO．_J-a第1层梁一柱节点b第2层梁一柱节点第2次单轴地震激励(MAS~2)0

7、2O30．00图2节点配筋第3次单轴地震激励(MAS~3)0．2830．0OFig．2

8、DetailsofReinforcement第4次单轴地震激励(MAS~4)O．2830．OO表1钢筋的力学性能余4次激励持续时间为30S。其中，第3次和第4次激励的加速度峰值相同。3材料非线性及粘结滑移效应的模拟关于钢筋混凝土框架结构，在已有的文献中表2混凝土的力学指标对于材料非线性，，，加和粘结滑移效应[5'7，，1提出了多种理论分析模型。大致可分为两类：①批鼠￡d】aptFrSrzr次／a／GPaⅡ'a／№aF二维(2D)或三维(3D)实体有限元模型；②一1l8．722．60．1653．741．870

9、．01O．0维(1D)有限元模型，即梁单元模型。前者能对233．O27．140．2436．63-3lO．0lO．O结构进行精确分析，但对计算机的要求很高，计算效率较低，仅适用于简单的结构或构件；梁单元模型计算效率较高，精度能得到保证，在这一领域的研究【6，¨～J越来越成熟。梁单元又可分为基于经典梁理论的整体梁单元模型和纤维梁单元模型；在框架结构非线性分析领域主要采用后者。Fillipou率先提出了纤维梁单元模型【