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钢筋混凝土框架结构比老式的非延性框架结构更坚固,而且有更强的变形能力,从图3中我们可以清楚地看到对比的结果。分析时荷载采用ASCE705等效地震荷载分布。横向强度的高低根据安全系数来比较,安全系数是极限强度同设计强度的比值。延性的好坏是根据最大层间位移角来判断的,
f即当结构丧失20横向强度时的层间位移角。正如表3所示,延性钢筋混凝土框架与非延性框架相比,安全系数大约高40,最大层间位移角大3倍。导致延性框架有更强的结构变形能力和更多的安全储备的原因是:(1)延性构件的变形能力更强;(2)延性框架发生的屈服更多;(3)框架柱的强度更大;(4)梁的屈服耗能更多。图3(b)表明地震对于建筑低层的破坏更严重,在非延性结构中这种现象更为突出。然而非线性静态分析的方法并不是对动态分析的简单叠加,实验结果有助于找到动态分析结果的规律,从而总结出非线性静态评估的方案。
图312层延性与非延性钢筋混凝土框架分析图:(a)内力位移响应;(b)最终楼层位移分布。
抗倒塌性能评估步骤
对非延性钢筋混凝土原型框架的抗倒塌性能的评估与对延性框架的评估方法相同。用非线性仿真模型的增量动态分析(IDA)来评估抗倒塌性能,通过增大振幅来模拟结构所处的不同地运动。对于每种地运动,当出现过大的层间位移时,我们就认为结构失效。分析过程中,我们对80种不同的地震记录进行了测试。评估的结果显示,结构倒塌的可能性与地震强度呈对数正态分布关系(中位数、标准差),这可以整理为一个计算结构倒塌危险性的函数。但对于地震的记录不是那么可靠的,这与地震频谱的不断变化和地震记录的特点有关。
尽管钢筋混凝土框架结构的非线性分析模型可以模拟出由梁柱强度、刚度丧失或梁柱节点剪切变形所引起的倒塌,但却不能直接模拟柱子的剪切破坏。我们期望在测试过程中柱子先屈服后剪切破坏,而不是像非延性短柱那样直接发生剪切破坏。可观测的地震破坏和实验研究表明柱子剪切破化和重力支撑系统的损坏会导致非延性框架连续倒塌。由于难以准确地模拟剪切、弯剪破坏和轴向受荷能力的丧失,所以不能直接模拟出柱子的剪切破坏。
对构件极限状态的后期动态分析,可以检测出与柱子剪切破坏有关的倒塌模式。从非延性梁柱的实验数据中可以推导出构件的极限状态函数,用这个函数可以预测当发生剪切破坏和垂直受荷能力丧失时,柱子的平均位移比(CDR)。这里所说的CDR与层间位移角类似,因为这个函数是建立在柱构件的实验数据r
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