地震彈塑性

根據《高層建築混凝土結構技術規程》,B級高度和不規則、具有明顯薄弱部位的高層建築結構,宜進行罕遇地震下的彈塑性補充分析。 (1) (5)

引言

《建築抗震設計規範》5.5.2條規定,對於特別不規則的結構、板柱-抗震牆、底部框架磚房以及高度不大於150m的高層鋼結構、7度三、四類場地和8度乙類建築中的鋼筋混凝土結構和鋼結構宜進行彈塑性變形驗算。對於高度大於150m的鋼結構、甲類建築等結構應進行彈塑性變形驗算。《高層建築混凝土結構技術規程》5.1.13條也規定,對於B級高度的高層建築結構和複雜高層建築結構,如帶轉換層、加強層及錯層、連體、多塔結構等,宜採用彈塑性靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。 根據《高層建築混凝土結構技術規程》,B級高度和不規則、具有明顯薄弱部位的高層建築結構,宜進行罕遇地震下的彈塑性補充分析。建築或結構在罕遇地震作用下會進入非線性並產生損傷,準確預測地震荷載下鋼筋混凝土結構的非線性行為,對評估結構的抗震安全性具有重要意義。
特別是近期地殼活動相當頻繁,國家加大了對地震預防的重視,為了降低汶川大地震、玉樹地震此類天災造成的損害,力求通過在建築設計前期就加強對地震的分析,做到“小震不壞,大震不倒”。

定義

地震在作用時,對建築物兼具彈性作用的塑性作用,單獨考慮其彈性作用對結構設計和分析的精度難以保證,所以提出地震彈塑性的概念,以滿足現今建築高度迅速增長,複雜程度日益提高的發展需要。

目的

地震彈塑性分析技術的目的通常為:
(1) 評價結構在罕遇地震下的彈塑性行為,根據主要構件的塑性損傷情況和整體變形情況,確認結構是否滿足“大震不倒”的設防水準要求;
(2) 得到結構在罕遇地震下的整體控制指標,包括最大頂點位移,最大層間位移,最大扭轉位移比以及最大基底剪力;
(3) 研究轉換深梁,轉換桁架,核心筒剪力牆等關鍵受力構件的損失情況;
(4) 研究阻尼器對本工程抗震行為的影響;
(5) 根據分析結果,針對結構薄弱部位和薄弱構件提出相應的加強措施,以指導施工圖設計。

手段

結構抗震設計理論經歷了靜力設計、反應譜設計、動力設計和減震控制設計四個階段,當前國內外抗震設計的發展趨勢是根據對結構在不同超越機率水平下的地震作用下的性能或變形要求進行設計,結構彈塑性時程分析成為抗震設計的一個必要的組成部分,抗震設計進入了一個真正意義上的動力分析時代。 目前,工程中常用的彈塑性分析方法包括靜力彈塑性分析(Push-Over)和動力彈塑性時程分析。Push-Over分析對模型簡化較大,僅適用一些高度不大、自振周期小於2s、並且以第一振型為主的結構,對於剪力牆結構也缺乏合適的計算模型,僅採用等效框架模擬,具有較大的局限性。相比之下,動力彈塑性時程分析模型更加接近實際,適用面更廣,結構也更加可靠。計算級軟硬價水平的發展和彈塑性有限元理論的完善,使得複雜的動力彈塑性時程分析在實際工程中套用越來越多。

限制條件

高層建築或其它複雜結構在進行地震作用下結構彈塑性時程分析存在著耗費機時、建模與分析的複雜、結果評估困難等因素限制,需要專業的技術團隊、高性能平行計算機和經驗豐富的動力分析工程師,才能夠較好地克服上述困難,為設計人員提供及時可靠的分析數據和建議。

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