基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计分析

杨 帆(山西省水利水电勘测设计研究院 山西省 太原市 030024)

基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计分析

杨 帆
(山西省水利水电勘测设计研究院 山西省 太原市 030024)

本文主要结合我国的地震的设防水准进行相关工作，基于为国内外有关人员对地震损伤的大量研究结果，提出了钢筋混凝土结构地震损伤的“三水准”新能目标；此外，对于剪切型钢筋混凝土结构提出了一系列地震损伤计算方法。

地震损伤性能；钢筋混凝土；结构设计

引言

近几年我国社会经济水平迅速提高，同时，我国发生了几起大的地震灾害事故，遭受了巨大的损失，每次地震都会对当地人们的人身财产安全造成巨大的影响。我国的建筑大部分都是钢筋混凝土结构，为了减低地震灾害对当地人民的影响，专业人员基于地震损伤性能进行了钢筋混凝土结构设计研究，并且提出了“大震不倒、中震可修、小震不坏”的抗震标准，本文主要对基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计进行了分析，希望能够为钢筋混凝土结构设计人员提供一定的借鉴。

一、地震损伤性能的目的

（一）地震损伤模型

通常情况下，强烈地震对钢筋混凝土结构进行反复作用，结构会自动产生弹塑性变形进会产生低周抗疲劳效应，为了能够科学地、正确地反应弹塑性变形和低周抗疲劳效应之间的欢喜，专业人员提出了科学的地震损伤模型，并且针对不同的混凝土结构不同的科学家提出了不同的地震损伤模型，能够保证工作的正常开展。

（二）地震的震害等级和损伤指数

通常情况下，依据地震作用下建筑结构的损伤程度可以分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌五个等级。我国的专家根据唐山大地震的相关数据和调查结果，编写了一份报告，报告中描述了地震的震害等级如下表：

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（三）地震设防水准

我国的有关部门对华北、西北和西南三个地区共45个城镇的地震灾害进行了数据调查，并且对调查获取的数据进行了分析，得出了我国50年基准期内最大的地震强烈度的概率分布符合以下公式：

（四）地震损伤性能目标

为了保证设计人员能够对地震设防水准和结构性能水平进行科学、合理地考虑，并有效结合我国目前的建筑结构设计规范，对钢筋混凝土结构进行了三水准抗震设计的地震损伤性能目标。在这个性能目标当中，大震、中震、小震下一般结构的损伤指数为0～0.25，0.25～0.5，0.5～0.9，为了保证地震作用下重要的建筑结构还能够具有正常的使用功能，可以将中震和大震下重要建筑结构的损伤性能目标提高一个等级，中震、大震下重要结构的损伤指数为0～0.25,0.25～0.5，对于钢筋混凝土结构抗震设计的硬性规定可以取得以上数据的虽大值。

二、地震损伤的计算

（一）恢复力模型和参数的设定

建筑结构的弹塑性反应、损伤和倒塌分析工作的基础就是钢筋混凝土构件的恢复力模型和具体的参数，一般都是有骨架曲线和质变规则共同确定钢筋混凝土构件的恢复力模型，对于剪切型钢筋混凝土结构，结构层间柱是典型的压弯构件，工作人员可以建立三线性恢复力模型进行相关计算。

本文分析的耗能器主要为位移相关型，包含了金属屈服型和摩擦型两种类别，被动耗能器可以和斜撑进行串联使用，并且这两个部分可以合并为一个单元，合并后的单元被称为耗能斜撑，使工作人员能够根据合并后的单元对力和变形的关系进行分析。金属屈服耗能器的力和变形的关系可以用双线性模型进行表示和计算，该模型的特征参数包含了初始刚度、第二刚度、屈服力以及屈服位移等多个种类，并且耗能斜撑一把都是处于弹性工作的状态。

（二）地震损伤计算

1、时程分析法

剪切型钢筋结构的运动方程可以用以下公式表现出来：

2、计算方法的简化

为了保证计算的准确性和速度，计算人可以对剪切型钢筋混凝土结构的结构层地震损伤进行简化计算，主要是简化计算地震最大变形和累积滞变耗能两个参数。

①地震最大变形：为了能够简化计算剪切型结构的层间地震最大位移，我国很多专家进行了大量的研究，并且根据对研究数据的分析，我国的高小旺专家针对剪切型结构层间地震最大位移制定了简化公式，公式如下：

如果仅仅是进行薄弱层地震损伤性能的计算工作，则薄弱层的最大地震位移可以直接按照我国有关部门制定的建筑结构抗震设计规范中的公式和规定进行计算。

②累积滞变耗能：对于剪切型钢筋混凝土结构，结构的层间累积滞变耗能和地震动强度、持时以及恢复力等多种参数有密切的联系，Nariyuki和邱法维对结构层中累计耗能的分布情况进行了研究，并且提出了结构层间累积滞变耗能的简化公式，公式如下：

三、基于地震损伤性能的设计方法

（一）地震损伤直接验算法

为了保证上文提出的“三水准”地震损伤性能目标能够实现，钢筋混凝土结构的设计方法如下：

1、在多遇地震作用下一般结构的设计方法可以按照建筑结构抗震设计规范进行相关计算工作，主要应该对截面抗震验算和变形验算两个环节进行计算：

2、在罕遇的地震作用下进行薄弱层的地震损伤验算可以按照如下公式进行：

（二）变形演算法

为了保证钢筋混凝土结构能够满足“三水准”地震损伤性能猪呢的抗震设计工作可以按照如下方法开展：

1、多遇地震作用下的一般结构和设防烈度地震作用下的重要结构可以按照我国目前的建筑结构抗震设计规范进行截面抗震验算和变形验算工作。

2、在罕遇地震的作用下进行薄弱层的变形验算工作可以按照以下公式进行：

对于一般结构，必要时要对规范中规定的“中震可修”的目标进行验算。

结语

随着社会的发展，我国的科技水平迅速提高，人们对钢筋混凝土结构安全习性的要求越来越高，本文分析了钢筋混凝土结构的地震损伤性能目标、简化计算和抗震设计方法等多个方面，并且得到了以下几个方面的结论：

1、文章提出了钢筋混凝土结构地震损伤的“三水准”性能目标，该目标能够反映出我国实际建筑的地震设防水准和建筑的结构功能失效和倒塌的原理，并且对一般结构和主要结构的性能目标进行了分析，提高了建筑结构的抗震功能。

2、工作人员可以使用时程分析法和简化计算法进行地震损伤计算工作，文章总结了剪切型结构地震计算的基础，希望能够为有关人士一定参考。

3、地震损伤性能的设计工作是保证钢筋混凝土结构问题定的基础，并且不同烈度地震下的建筑地震损伤程度也不同。

[1]欧进萍,何政,吴斌,邱法维. 钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计[J]. 地震工程与工程振动,1999,01:21-30.

[2]何政,欧进萍. 钢筋混凝土结构基于改进能力谱法的地震损伤性能设计[J].地震工程与工程振动,2000,02:31-38.

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1007-6344（2016）06-0069-01