某超限高层罕遇地震作用下的动力弹塑性分析.pdf

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1、·254·工程科技某超限高层罕遇地震作用下的动力弹塑性分析彭楚澌（南华大学城市建设学院，湖南衡阳421001）摘要：本文采用基于性能的抗震设计方法，对某超限高层建筑结构进行了设计。采用ABAQUS程序对该结构进行了大震作用下的动力弹塑性时程分析，且对重要受力构件进行了损伤识别。根据分析结果提出了拟采用的加强措施，为类似的工程设计提供参考。关键词：超限高层建筑；基于性能设计；抗震加强措施；动力弹塑性分析；损伤识别随着我国经济的不断发展，建筑结构的高度及复杂性也不断增加，出现了越来越多超过规范限值的高层建筑结构。超限结构是

2、指其结构的高度、平面和竖向规则性等超出现行标准规范的适用范围按现行标准规范设计已不能确保结构的安全性。针对超限结构，基于性能的抗震设计方法是长期发展趋势，而罕遇地震作用下的结构性能是其中至关重要的一个步骤。1工程概况本工程位于广东沿海地区，结构高度为99.53m，高宽比为3.4，属A级高度。由塔楼与裙房构成，塔楼为剪力墙结构，裙房（地上两层）为框架结构，部分剪力墙不落地，设转换层。标准层采用剪力墙作为竖向承重体系及抗侧力体系，见图1所示。结构ABAQUS三维模型见图2所图1结构标准层平面示意图图2结构三维模型示意图示。

3、本项目抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度（0.05g），设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。根据高规，6度区部分框支剪力墙最大适应高度为120m，由于本工程存在“扭转不规则”“、凹凸不规则”“、楼板不连续”“、构件间断”“跃层墙”五项不规则，属A级高度特别不规则结构。根据高规，应进行罕遇地震下的弹塑性时程分析。2材料本构关系a)人工波（Tg=0.4s）钢材的动力硬化模型采用双线性随动硬化模型，在循环过程中，无刚度退化，但考虑了包辛格效应。钢材的强屈比设定为1.2，极限应力所对应的极限塑性应变

4、为0.02。混凝土采用塑性损伤破坏模型，该模型可以分析存在微裂缝和微空洞的有损伤材料，以及这些损伤的扩展与演变，直至宏观破坏形成的全过程，其特点是：以损伤系数作为构件进入塑性及破坏程度的判断标志，能够考虑地震作用过程中循环荷载作用下的裂缝闭合所引起的刚b)天然波1（Tg=0.4s）度恢复效应，是目前有限元软件中较为理想的一种模型。ABAQUS的混凝土损伤模型理论主要来自Lubliner和Lee等人，其核心是假定混凝土的破坏形式是拉裂和压碎，混凝土进入塑性后的损伤分为受拉和受压损伤，分别由两个独立的参数控制，以此来模拟混

5、凝土中损伤引起的弹性刚度退化。当单元达到塑性应变的极限值时，认为完全损伤，残余刚度近乎消失。3分析步骤c)天然波2（Tg=0.4s）3.1第一步先建立整个模型，再逐步“放生”各施工阶段的构件，从图3所选地震波波数据而求得结构在施工完成后的应力状态。3.2按照施工模拟施加重力荷载代表值，并考虑施工模拟变形的影响对结构进行结构模态分析。3.3在施工模拟的应力应变基础上施加地震作用。上述所有分析过程，材料非线性（弹塑性本构）及几何非线性贯穿始终。4地震波的选择按《高规》4.3.5条要求，大地震弹塑性时程分析所选用的单条地震波

6、需满足以下频谱特性：4.1特征周期与场地特征周期接近Tg=0.35+0.05=0.4s。4.2最大峰值符合规范要求，a=125cm/s2；max图4地震波输入方向示意图4.3持续时间不小于结构第一周期T1的5倍和15秒，T1=2.7s。4.4时程波对应的加速度反应谱在结构主要周期点上与规范反应本文选取了三条满足规范要求的地震波，见图3。谱相差不超过20％。本次分析按双向地震输入，双向地震输入的地震波峰值比分别为4.5单条波计算的基底剪力大于CQC法的65%，小于CQC法的X：Y=1：0.85和X：Y=0.85：1，天然

7、地震波主方向峰值125Gal，人工波135%；同时平均值大于CQC法的80%。主向峰值约163Gal。持续时间为30-45秒，输入地震波信息如表1所作者简介：彭楚澌（1988，1-），女，硕士，助教，主要研究方向：高层建筑结构、建筑结构抗震理论。工程科技·255·表1地震波信息由上述结果可见三条地震波下结构在X、Y两个方向的最大层间位移角分别为1/182(第20层)，1/172(第20层)，三组地震波的平均层间位移角分别为1/247(X方向)和1/209(Y方向)，均满足预先设定的不大于1/120的限值要求。a）X向b

8、）Y向顶点最大位移分别为0.37m（Y方向），为结构总高度的1/269，在图5结构层间剪力曲线完成罕遇地震弹塑性分析后，结构仍保持直立，结构整体性能满足大震不倒的设防水准要求。5.2构件的最终损伤结果转换柱和转换梁混凝土最大压损伤为0.292；转换柱钢筋保持弹性，转换梁钢筋出现微小塑性应变，可见转换柱和转换梁在所选地震波作用后，基