刘会欣 杨群星

(河北工程大学水电学院，河北 邯郸 056038)

·结构·抗震·

型钢混凝土组合结构静力弹塑性pushover分析★

刘会欣 杨群星

(河北工程大学水电学院，河北 邯郸 056038)

以型钢混凝土组合结构为例，采用静力弹塑性方法对遭遇地震后此种结构出现的各种破坏状况做了详细的pushover分析，最后由分析的各种数据表明此结构的抗震性能很好，值得进一步的研究。

pushover分析，SRC-RC结构，抗震性能

我国很大部分的地域处在地震区，地震的发生会给人类带来不可避免的灾难，由于我们国家的现有建筑存在一些弊端，例如：刚度小，延性差，防火性能差，抗震性能差等。随着科学技术的进一步提高，我国现有的一些建筑已经不能完全满足这一时期抗震规范所要求的抗震性能。而型钢混凝土组合结构由于其延性好，刚度大等优点，弥补了现有结构的一些弊端，因此在抗震领域发挥了很大的作用。目前，国内外学者在抗震性能方面对钢筋混凝土框架结构、钢结构和杂交结构进行静力弹塑性的研究已经趋于成熟,而对于SRC-RC组合结构进行此类抗震性能研究的却很少。本文以一个型钢混凝土组合结构为例,通过有限元软件SAP2000采用静力弹塑性方法对此组合结构的抗震性能进行了研究和探讨。

1 pushover分析的基本原理

pushover方法从本质上是基于静力弹塑性研究的一种对建筑结构进行抗震性能测定的分析方法，与传统的抗震方法相比，此研究方法有很大的科学性和合理性。这种方法在研究过程中考虑了所研究建筑构件的弹塑性性能，并且在研究过程中进入了反应谱并对其进行成果的分析。此方法的基本过程是：首先在建立的建筑结构模型上施加模拟的地震侧向水平力，随之逐渐增大该水平力直到此建筑结构进入塑性状态以后开裂或屈服，最后依据结果修改该构件的刚度，直至建筑结构达到预定的状况为止。其大致步骤是:依据所研究建筑结构的实际情况在建筑物上施加某种分布的水平力，逐步增大水平力数值使各个构件依次进入塑性状态[2]。由于建筑结构在水平力的作用下进入塑性状态后，导致整个结构的性能会随之发生变化，因而根据建筑物变化后的结构刚度来调整所施加的水平力。这样反复交替之后，直到所研究建筑结构达到预定的状态，即位移超过限值为止。这种方法的优点在于:水平力的大小是根据结构在不同工作阶段的周期，由设计反应谱求得，而分布则根据具体结构的振型变化求得。与振型分解反应谱法相比较，此方法考虑了建筑结构的弹塑性性质；与时程分析法相比较，此研究方法输入数据简单，分析结果简明易懂。

2 pushover分析的操作流程

1)建立SRC-RC组合结构的研究计算模型，包括所研究单元类型、材料特征、截面情况等。2)由SAP2000软件自动计算出在构件上施加的荷载产生的内力值的大小。3)侧向加载模式的确定：荷载的分布模式主要有三种，即：均匀荷载分布、倒三角荷载分布和根据一阶振型和节点质量大小确定侧向加载模式(见表1)。不管选用哪一种都不能模拟出地震力的最真实情况，因而在对建筑结构进行pushover分析时采用两种或三种加载模式进行研究。4)pushover工况的确定：在选用SAP2000进行研究中，首先要确定荷载工况，然后将其确定值加到建筑结构上。在运行过程中，各个分析工况之间是互相联系互相依存的，而不是独立的。此软件在分析pushover时的工况见表2。5)进行运行结果的分析。

表1 三种荷载分布模式

表2 SAP2000中分析pushover时的工况

3 pushover分析方法的工程应用

本案例中的研究模型为一SRC-RC组合建筑结构，全框架结构体系，楼层为9层，底层层高为3.6 m，标准层及顶层层高均为3 m，此建筑结构总高度为27.6 m，场地类别为Ⅲ类，场地土特征周期为0.45 s，抗震设防烈度为8度，抗震等级为一级，框架等级为二级。楼面板的厚度为150 mm，选用壳单元模拟,框架梁的尺寸为500 mm×250 mm,柱子柱中型钢的尺寸如表3所示，梁、柱采用HRB335级钢筋，梁采用C20级混凝土，柱采用C30级混凝土，建筑楼面的恒载取值为4.0 kN/m2，活荷取2.0 kN/m2；屋面恒荷4.5 kN/m2，活载取0.5 kN/m2。

表3 型钢尺寸表

1)对此SRC-RC组合结构进行pushover分析，分析结果得出此建筑结构关于基底剪力—顶点位移的曲线，也称为结构的能力曲线，如图1所示。由图1可知：曲线的最高点，基底剪力值是2 838 kN、顶点位移值是0.172 m，曲线的最高点对应的基底剪力值为所研究结构的最大承载力。图中的这条曲线可以近似分成三段折线，即三个阶段，第一阶段建筑结构处于弹性阶段；第二阶段图中荷载—变形曲线趋于平稳，塑性铰开始形成直至进入屈服阶段；第三阶段塑性铰向极限承载力方向发展，曲线斜率逐渐减小，最后的下降段预示结构最终破坏。2)SAP2000用的是美国规范，转化中国规范的αmax和Tg(s)为美国规范的Ca和Cv，如表4所示：依

次输入表中的Ca，Cv值，得出能力谱与需求谱图形，如图2所示。8度多遇(小震)下建筑结构的性能点坐标分别为Sa=0.117g和Sd=0.007 66 m，其对应的基底剪力和相应的顶点位移分别为：Vbase=417.24 kN，Δtop=0.008 1 m。性能点位于第一条折线内，小于小震不坏控制点，处于弹性阶段范围。如图3所示：8度基本(中震)下建筑结构的性能点坐标分别为Sa=0.265g和Sd=0.022 m，其对应的基底剪力和相应的顶点位移为：Vbase=934.07 kN,Δtop=0.023 m。性能点位于小震不坏控制点的附近，满足中震可修的抗震要求。如图4所示：8度罕遇(大震)下结构的性能点坐标分别为Sa=0.430g和Sd=0.046 m，其对应的基底剪力和相应的顶点位移是：Vbase=1 487.55 kN,Δtop=0.047 m。性能点位于第二条折线内，小于大震不倒控制点，满足大震不倒的抗震要求。3)此建筑结构在达到性能点时8度罕遇地震作用下的层位移、层间位移和层间位移角如表5所示。

表4 不同地震烈度对应的Ca，Cv值

表5 SRC-RC结构的层位移、层间位移和层间位移角

4 结语

通过分析此SRC-RC结构在性能点时8度地震作用下的层位移、层间位移和层间位移角的数据值得出：此建筑结构模型的最大层间位移角为1/407，小于GB 50011-2001建筑抗震设计规范规定的限值1/50，满足建筑抗震规范的要求；由能力谱与需求谱图形得知，此结构满足小于小震，中震可修，大震不倒抗震设防目标。

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Pushover analysis of shaped-steel reinforced concrete mixed structure★

LIU Hui-xin YANG Qun-xing

(CollegeofCivilEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038，China)

In the paper, the steel reinforced concrete structure is taken as example, the detailed pushover analysis is conducted using static elastoplastic analysis for the various destroyed conditions of the structure after earthquake. Finally, the various kind of data by the analysis shows the anti-earthquake’s function of the structure is so excellent that is worthy of further study.

pushover analysis， SRC-RC structure, anti-earthquake function

1009-6825(2014)30-0047-02

2014-08-15★:河北省高等学校科学研究计划项目(项目编号：2011220)

刘会欣(1978- )，女，讲师； 杨群星(1968- )，女，讲师

TU313

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