整体预应力板（梁）柱体系抗震能力研究
|
摘要
本文采用弹塑性时程分析方法及静力弹塑性分析方法对预应力板(梁)柱体系抗震能力进行了评定，较系统的探讨了该体系在地震作用下的动力反应及破坏机制，旨在促进该体系在地震区的推广和使用。
首先介绍了预应力板(梁)柱体系的基本构成及其特点，总结国内外对该体系的研究现状，详细介绍了云南省工程抗震研究所对该体系进行的振动台试验研究情况。
然后，建立了有限元三维实体单元模型及平面杆单元模型，对其进行了Push-over分析，并将所得的底部剪力一顶点位移曲线转化为拟加速度一周期曲线，与规范反应谱进行对比，以此评定该体系的抗震能力。
接着，采用Newmark直接积分法对杆单元模型进行了地震波作用下的弹塑性时程分析。选取了EL-Centro波等四条不同震级、不同震中距及频谱成份不同的地震波作为输入波，对其进行了反应谱分析，计算结构在其作用下的动力反应，并与试验结果及反应谱分析结果进行对比。同时，对求解过程中影响解的精度与稳定性的因素进行了讨论。
最后，在上述研究的基础上对改进的预应力板(梁)柱体系的抗震能力作出了评定，对需要改进之处及今后须进一步开展的研究工作提出了建议。
This paper is concerned with the evaluation of seismic capacity of prefabricated prestressed concrete skeleton structure ( IMS System) .The elasto -plastic time-history analysis and the push-over analysis are performed for this purpose. In order to promote the IMS system's use in the area of high seismicity, systematically research has been made to study its dynamic response and damage mechanism under horizontal seismic action.
Firstly, the constitution and characteristic of IMS system's is introduced. And the state of art is summarized. Then the shock table test for a l/2.7scale model of the very system performed by the Institute of Yunan Province for Earthquake Engineering Research is presented in detail.
Secondly, the push-over analysis is for the three-dimensional solid element model and the plane beam element model. The total shearing force-lateral displacement curve can be obtained from it. And then the total shearing force-lateral displacement curve is converted to pseudo acceleration-period curve and some comparisons are made between the pseudo acceleration-period curve and design response spectrum. So the seismic capacity of this system can be evaluated.
The time-history analysis, as another method, is applied. Four records with different earthquake magnitude, epicentral distance and spectrum ingredient are selected as the seismic input. The result of it compared with the result of test and spectrum analysis.
Lastly, on the basis of analysis result the conclusion is drawn and the recommendation and perspectives are put forward.
首先介绍了预应力板(梁)柱体系的基本构成及其特点，总结国内外对该体系的研究现状，详细介绍了云南省工程抗震研究所对该体系进行的振动台试验研究情况。
然后，建立了有限元三维实体单元模型及平面杆单元模型，对其进行了Push-over分析，并将所得的底部剪力一顶点位移曲线转化为拟加速度一周期曲线，与规范反应谱进行对比，以此评定该体系的抗震能力。
接着，采用Newmark直接积分法对杆单元模型进行了地震波作用下的弹塑性时程分析。选取了EL-Centro波等四条不同震级、不同震中距及频谱成份不同的地震波作为输入波，对其进行了反应谱分析，计算结构在其作用下的动力反应，并与试验结果及反应谱分析结果进行对比。同时，对求解过程中影响解的精度与稳定性的因素进行了讨论。
最后，在上述研究的基础上对改进的预应力板(梁)柱体系的抗震能力作出了评定，对需要改进之处及今后须进一步开展的研究工作提出了建议。
This paper is concerned with the evaluation of seismic capacity of prefabricated prestressed concrete skeleton structure ( IMS System) .The elasto -plastic time-history analysis and the push-over analysis are performed for this purpose. In order to promote the IMS system's use in the area of high seismicity, systematically research has been made to study its dynamic response and damage mechanism under horizontal seismic action.
Firstly, the constitution and characteristic of IMS system's is introduced. And the state of art is summarized. Then the shock table test for a l/2.7scale model of the very system performed by the Institute of Yunan Province for Earthquake Engineering Research is presented in detail.
Secondly, the push-over analysis is for the three-dimensional solid element model and the plane beam element model. The total shearing force-lateral displacement curve can be obtained from it. And then the total shearing force-lateral displacement curve is converted to pseudo acceleration-period curve and some comparisons are made between the pseudo acceleration-period curve and design response spectrum. So the seismic capacity of this system can be evaluated.
The time-history analysis, as another method, is applied. Four records with different earthquake magnitude, epicentral distance and spectrum ingredient are selected as the seismic input. The result of it compared with the result of test and spectrum analysis.
Lastly, on the basis of analysis result the conclusion is drawn and the recommendation and perspectives are put forward.
引文
[1]杨华雄，整体预应力装配式整体板柱建筑的设计与施工，中国计划出版社，1996
[2]黄仲康，杨景华，大柱网预应力拼装板试验研究，四川建筑，1983，1
[3]石家庄建筑设计院等，整体预应力板柱结构的动力特性和变形特点，四川建筑科学研究，1983，1
[4]李郢，宋瑞华，高层装配整体预应力板柱结构的几个问题，工业建筑，1984，6
[5]中国建筑科学研究院，预制整体带边框剪力墙在反复水平力的作用的强度和延性，工业建筑，1984，6
[6]徐渭，戴国莹等，设置剪力墙的整体预应力板柱结构抗震性能的研究，土木工程学报，1987，3
[7]王娴明，沈聚敏等，预应力装配整体式板柱结构抗震性能的试验研究，土木工程学报，1988，3
[8]韩英才，李贵宝等，整体预应力板柱结构的抗震特性，建筑结构学报，1991，6
[9]李郢，摩擦耗能体系预应力板柱结构，工业建筑，1983，4
[10]胡聿贤，地震工程学，地震出版社，1988年版
[11]周立超等，后张预应力钢筋混凝土板(梁)柱体系振动台试验研究报告
[12]张晋，采用MATLAB进行振动台试验数据的处理，工业建筑，Vol．32，No．2，2002
[13]清源计算机工作室，MATLAB6.0基础及应用，机械工业出版社，2001年版
[14]建筑抗震设计规范，GB50011—2001
[15]沈聚敏，王传志，江见鲸，钢筋混凝土有限元与板壳极限分析，清华大学出版社，1993年版
[16]过镇海，钢筋混凝土原理，清华大学出版社，p97-p98，1999年版
[17]叶燎原，潘文，结构静力弹塑性分析(Push-over)的原理和计算实例，建筑结构学报，Vol．21，No．1，P2—4，2000
[18]李凌，耗能支撑框架体系的分析方法研究，云南工业大学硕士学位论文，P17-20，1999
[19]国家标准《建筑抗震设计规范》编制组，建筑抗震设计规范(GB50011-2001)研讨班讲义，P7-24，2001
[20]P. Fanning. Nonlinear Models of Reinforced and Post-tensioned Concrete Beams. Electronic Journal of Structural Engineering, No. 2, p111-119,2001
[21]Giuseppe Faella. Evaluation of the R/C Structures Seismic Response by Means of Nonlinear Static Push-over Analyses. The Eleventh World Conference on Earthquake Engineering.
[22]Vojko Kilar and Peter Fajfar. Simplified Push-over Analysis of Building Structures. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 1997, Vol. 26, p233-249.
[23]A. S. Moghadam and W.K. Tso. Push-over Analysis for Asymmetrical Multistory Buildings. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[24]M.T. Valley and J.R. Harris. Application of Modal Techniques in a Push-over analysis. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[25] Kent K. Sasaki. Sigmund A. Freeman and Terrence F. Paret. Multi-mode Push-over Procedure (MMP)-a Method to Identify the Effects of Higher Modes in a Push-over Analysis. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[26] Jack P. Moehle. Displacement-based Seismic Design Criteria. The 11th World Conference on Earthquake Engineering.
[27]龚思礼，建筑抗震设计，中国建筑工业出版社，p117—148，1994年版
[28]曹声远，沈蒲生，钢筋混凝土结构(上、下册)，湖南大学出版社，1988年版
[29] Park R, Paulay T. Reinforced Concrete Structures. New York: John Wiley & Sons, 1975
[30]徐植信，胡再龙，结构地震反应分析，高等教育出版社，1993年版
[31]刘振宇，带异形墙体的砌体结构有限元动力分析，昆明理工大学硕士学位论文，2001
[32]宋雅桐，朱继澄，满足规范设计谱的人造地震波及若干结构反应，建筑结构学报，No．3，1983
[33]王亚勇，结构抗震设计时程分析法中地震波的选择，工程抗震，No．4，1988
[34]王勖成，邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，2000年版
[35]杜修力，朱镜清，论结构非线性动力分析中的数值稳定性(Ⅰ)，地震工程与工程振动，Vol．11，No．4，1991
[36]王松涛，曹资，现代抗震设计方法，中国建筑工业出版社，1997年版
[37]朱伯芳，有限单元法原理与应用，中国水利水电出版社，p467，1998版
[38]李杰、李国强，地震工程学导论，地震出版社，p89，1992版
[39]黄宗明，白绍良，赖明，结构地震反应时程分析中的阻尼问题评述，地震工程与工程振动，Vol．16，No．2，p95-105，1996
[40]Newmark N. M. and Hall, W. J. Seismic Design Criteria for Nuclear Reactor Facilities, Proc.,4th World Conf. on Earthquake Engrg., Santiago, Chile,1969
[41]Hart, G. C., Damping in Nuclear Reactors , Proc.,5th World Conf.on Earthquake Engrg., Rome, Italy, 1973
[42]黄宗明，白绍良，赖明，结构地震反应时程分析中的阻尼研究，土木工程学报，Vol．32，No．2，1998
[43]E. Miranda. Nonlinear Response Spectra for Earthquake Resistant Design. The 10th World Conference on Earthquake Engineering.
[44]建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)，中国建筑工业出版社，1997
[45]陈滔，黄宗明，钢筋混凝土框架非弹性地震反应分析模型研究进展，Vol．18，No．1，p91-97，2002
[46]唐曹明，戴国莹，建筑结构抗震分析模型的一些比较，工程抗震，No．3，1996
[47]苏小卒，预应力混凝土框架抗震性能研究，同济大学出版社，P81，1998年版
[48]魏琏，王广军，地震作用，地震出版社，1991年版
[49]蒋有谅，有限元法基础，国防工业出版社，1993年版
[50]刘更，结构动力学有限元程序设计，国防工业出版社，1993年版
[51]孙焕纯，关于非线性结构振动方程的求解一二阶近似加速度逐步积分法，大连工学院学报，Vol．19，No．3，1980
[2]黄仲康，杨景华，大柱网预应力拼装板试验研究，四川建筑，1983，1
[3]石家庄建筑设计院等，整体预应力板柱结构的动力特性和变形特点，四川建筑科学研究，1983，1
[4]李郢，宋瑞华，高层装配整体预应力板柱结构的几个问题，工业建筑，1984，6
[5]中国建筑科学研究院，预制整体带边框剪力墙在反复水平力的作用的强度和延性，工业建筑，1984，6
[6]徐渭，戴国莹等，设置剪力墙的整体预应力板柱结构抗震性能的研究，土木工程学报，1987，3
[7]王娴明，沈聚敏等，预应力装配整体式板柱结构抗震性能的试验研究，土木工程学报，1988，3
[8]韩英才，李贵宝等，整体预应力板柱结构的抗震特性，建筑结构学报，1991，6
[9]李郢，摩擦耗能体系预应力板柱结构，工业建筑，1983，4
[10]胡聿贤，地震工程学，地震出版社，1988年版
[11]周立超等，后张预应力钢筋混凝土板(梁)柱体系振动台试验研究报告
[12]张晋，采用MATLAB进行振动台试验数据的处理，工业建筑，Vol．32，No．2，2002
[13]清源计算机工作室，MATLAB6.0基础及应用，机械工业出版社，2001年版
[14]建筑抗震设计规范，GB50011—2001
[15]沈聚敏，王传志，江见鲸，钢筋混凝土有限元与板壳极限分析，清华大学出版社，1993年版
[16]过镇海，钢筋混凝土原理，清华大学出版社，p97-p98，1999年版
[17]叶燎原，潘文，结构静力弹塑性分析(Push-over)的原理和计算实例，建筑结构学报，Vol．21，No．1，P2—4，2000
[18]李凌，耗能支撑框架体系的分析方法研究，云南工业大学硕士学位论文，P17-20，1999
[19]国家标准《建筑抗震设计规范》编制组，建筑抗震设计规范(GB50011-2001)研讨班讲义，P7-24，2001
[20]P. Fanning. Nonlinear Models of Reinforced and Post-tensioned Concrete Beams. Electronic Journal of Structural Engineering, No. 2, p111-119,2001
[21]Giuseppe Faella. Evaluation of the R/C Structures Seismic Response by Means of Nonlinear Static Push-over Analyses. The Eleventh World Conference on Earthquake Engineering.
[22]Vojko Kilar and Peter Fajfar. Simplified Push-over Analysis of Building Structures. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 1997, Vol. 26, p233-249.
[23]A. S. Moghadam and W.K. Tso. Push-over Analysis for Asymmetrical Multistory Buildings. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[24]M.T. Valley and J.R. Harris. Application of Modal Techniques in a Push-over analysis. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[25] Kent K. Sasaki. Sigmund A. Freeman and Terrence F. Paret. Multi-mode Push-over Procedure (MMP)-a Method to Identify the Effects of Higher Modes in a Push-over Analysis. The 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
[26] Jack P. Moehle. Displacement-based Seismic Design Criteria. The 11th World Conference on Earthquake Engineering.
[27]龚思礼，建筑抗震设计，中国建筑工业出版社，p117—148，1994年版
[28]曹声远，沈蒲生，钢筋混凝土结构(上、下册)，湖南大学出版社，1988年版
[29] Park R, Paulay T. Reinforced Concrete Structures. New York: John Wiley & Sons, 1975
[30]徐植信，胡再龙，结构地震反应分析，高等教育出版社，1993年版
[31]刘振宇，带异形墙体的砌体结构有限元动力分析，昆明理工大学硕士学位论文，2001
[32]宋雅桐，朱继澄，满足规范设计谱的人造地震波及若干结构反应，建筑结构学报，No．3，1983
[33]王亚勇，结构抗震设计时程分析法中地震波的选择，工程抗震，No．4，1988
[34]王勖成，邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，2000年版
[35]杜修力，朱镜清，论结构非线性动力分析中的数值稳定性(Ⅰ)，地震工程与工程振动，Vol．11，No．4，1991
[36]王松涛，曹资，现代抗震设计方法，中国建筑工业出版社，1997年版
[37]朱伯芳，有限单元法原理与应用，中国水利水电出版社，p467，1998版
[38]李杰、李国强，地震工程学导论，地震出版社，p89，1992版
[39]黄宗明，白绍良，赖明，结构地震反应时程分析中的阻尼问题评述，地震工程与工程振动，Vol．16，No．2，p95-105，1996
[40]Newmark N. M. and Hall, W. J. Seismic Design Criteria for Nuclear Reactor Facilities, Proc.,4th World Conf. on Earthquake Engrg., Santiago, Chile,1969
[41]Hart, G. C., Damping in Nuclear Reactors , Proc.,5th World Conf.on Earthquake Engrg., Rome, Italy, 1973
[42]黄宗明，白绍良，赖明，结构地震反应时程分析中的阻尼研究，土木工程学报，Vol．32，No．2，1998
[43]E. Miranda. Nonlinear Response Spectra for Earthquake Resistant Design. The 10th World Conference on Earthquake Engineering.
[44]建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)，中国建筑工业出版社，1997
[45]陈滔，黄宗明，钢筋混凝土框架非弹性地震反应分析模型研究进展，Vol．18，No．1，p91-97，2002
[46]唐曹明，戴国莹，建筑结构抗震分析模型的一些比较，工程抗震，No．3，1996
[47]苏小卒，预应力混凝土框架抗震性能研究，同济大学出版社，P81，1998年版
[48]魏琏，王广军，地震作用，地震出版社，1991年版
[49]蒋有谅，有限元法基础，国防工业出版社，1993年版
[50]刘更，结构动力学有限元程序设计，国防工业出版社，1993年版
[51]孙焕纯，关于非线性结构振动方程的求解一二阶近似加速度逐步积分法，大连工学院学报，Vol．19，No．3，1980