某超限框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架柱在罕遇地震作用下的壓彎性能評價(jià)

孫 政 （中鐵城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 分析方法與分析軟件

分析方法為動力彈塑性時(shí)程分析法。在軟件中輸入地震波數(shù)據(jù)，通過逐步積分，求得在地面運(yùn)動加速度的每一時(shí)刻結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形在地震作用下隨時(shí)間變化的全過程。該方法可以完整的考慮到地震反應(yīng)過程中地震波的幅值、頻譜特性和持時(shí)三要素的影響，也完整的考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性。

分析軟件采用了Computer and Structures,Inc的三維非線性結(jié)構(gòu)分析軟件PERFORM-3D。該軟件具有完善的模型庫，穩(wěn)定可靠的算法。特別是PERFORM-3D還體現(xiàn)了基于性能的抗震設(shè)計(jì)的思想(Performance Based Seismic Design)，其結(jié)果可以用來判斷結(jié)構(gòu)是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的抗震性能目標(biāo)。

2 柱的非線性力學(xué)行為的模擬

采用彈性桿+轉(zhuǎn)角型塑性鉸模型，柱端形成塑性鉸的準(zhǔn)則是在三維空間中代表柱端軸力和雙向彎矩的點(diǎn)(P,M1,M2)位于柱端PMM屈服面上，如圖1所示。

圖1 柱端塑性鉸的構(gòu)成

3 周期及振型

該結(jié)構(gòu)按7度設(shè)防，場地土類別為Ⅳ類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期為0.9s。前三階振型如圖2所示，周期分別為：3.02（X 向）、2.71（Y 向）、2.11（扭轉(zhuǎn)）。

圖2 PERFORM-3D前三階振型

4 大震時(shí)程分析

從結(jié)構(gòu)的水平主軸方向輸入變形較大的上海波-shx4波，水平方向地震波輸入方向于結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系一致。按7度罕遇烈度輸入單向地震波，水平方向峰值加速度為220gal，基底剪力圖見圖3。按圖3所示，SHX4波大震下x和y向最大基底剪力分別為1.24e+5kN和7.89E+4kN，而小震基地剪力為2.81E+4kN和2.04E+4kN，x向基地剪力大震與小震比值為4.4，Y向基地剪力大震與小震比值為3.86.

如圖4所示，以兩座塔樓頂部質(zhì)心為參考點(diǎn)（頂部的最大位移分別為509mm和426mm），SHX4波大震下x和y向最大加速度分別為492gal和318gal，發(fā)生在5.3s和5.6s。而SHX4大震下x和y向結(jié)構(gòu)最大層位移分別為539mm和414mm（圖略）；x和y向結(jié)構(gòu)最大層間位移角分別為1/172和1/223,發(fā)生在第25層和第24層（圖略）。

圖3 Shx4波基底剪力（kN）

圖4 Shx4波頂層加速度時(shí)程（gal）

5 大震下框架柱壓彎性能評價(jià)

在SHX4地震波作用下的，典型柱子C1000×1000、C1000×1300 及 H300×1200×40×40（剪力墻中型鋼柱）的承載力情況分別見圖5。從圖中可知柱子在地震波作用下沒有出現(xiàn)PMM鉸，均處于彈性狀態(tài)，剪力墻中的型鋼柱也處于彈性狀態(tài)。

圖5 三根典型柱子承載力