考慮汶川地震波對不對稱鋼筋混凝土框架的內(nèi)力分析

摘要：本文利用ANSYS有限元軟件，建立了不對稱鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，對模型汶川地震波作用下進(jìn)行時程分析，主要分析了結(jié)構(gòu)的位移、受力和塑性應(yīng)變等方面，對比角柱、邊柱和中柱地震作用的不同反應(yīng)特性，并分析了結(jié)構(gòu)的塑性反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：汶川地震波 框架構(gòu)件 ANSYS模型 內(nèi)力分析

2008年5月12日，四川汶川發(fā)生8.0級的強震。給我國造成了很大的損失，很多房屋和其他工程結(jié)構(gòu)都破壞和倒塌，為了將損害降低到最低限度，我們必須對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行研究和分析。現(xiàn)有的絕大多數(shù)的多、高層建筑都為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因此，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震分析問題在國民經(jīng)濟的建設(shè)中顯得極為重要。

1.建立有限元模型

本文建立了不對稱鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度，混凝土強度等級為C35，鋼筋強度為HRB335，梁、柱尺寸分別是300mm×600mm、500mm×500mm。

首先，利用PKPM分析軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，得到了構(gòu)件（梁、柱和樓板）的彈性模量等等參數(shù)；然后，選擇適宜的模型，采用ANSYS有限元軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了時程分析。分析時，利用汶川地震波及其扭轉(zhuǎn)分量對結(jié)構(gòu)采用三種工況：單向地震波（沿結(jié)構(gòu)短軸輸入水平地震波）、雙向地震波（兩水平分量相同）和雙向及扭轉(zhuǎn)地震波（考慮地震動扭轉(zhuǎn)分量作用）。

圖1.不對稱框架結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.計算結(jié)果分析

表1.汶川波地震作用下不對稱結(jié)構(gòu)各工況柱位移比較

樓層△1△2

角柱邊柱中柱角柱邊柱中柱

17.737.957.144.524.683.73

210.8210.8310.347.667.657.05

313.4513.4513.1210.4010.419.98

415.2815.2715.0512.3712.3812.07

516.3216.3216.1713.4813.5113.30

616.8516.7916.7214.1114.0813.93

表2.汶川波地震作用下不對稱結(jié)構(gòu)各工況層間位移比較

樓層雙向及扭轉(zhuǎn)地震波雙向地震波單向地震波

U（mm）ΔU（mm）U（mm）ΔU（mm）U（mm）ΔU（mm）

17.467.467.247.246.936.93

222.2014.7321.5714.3220.0313.10

336.0413.8435.0713.5031.7711.74

447.8311.7946.6211.5541.499.72

556.418.5855.038.4148.507.01

662.185.7760.725.6953.214.72

表中：U表示樓板位移最大值；ΔU表示層間位移。

樓層位移最大值出現(xiàn)在頂層角柱，造成層間位移最大值出現(xiàn)在第二層，結(jié)構(gòu)層間位移大于彈性限制小于彈塑性限制，表明結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形。位移時程曲線顯示多維地震波相對于單向地震波在時間上有一定的滯后。

結(jié)構(gòu)受力顯示，同種結(jié)構(gòu)下，多維地震波作用大于單向，特別是扭矩，多維地震波作用是單向的2～3倍；當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)分量的作用時，結(jié)構(gòu)內(nèi)力受其影響有所增大，特別是扭矩。

3.結(jié)論

對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計時，應(yīng)控制好建筑結(jié)構(gòu)兩方向的剛度，盡量使用平面對稱布置，小跨度；設(shè)計時要注意底層和角柱、準(zhǔn)確考慮樓板的作用和適當(dāng)加大柱尺寸，使結(jié)構(gòu)盡可能實現(xiàn)“強柱弱梁”機制；盡可能采用輕質(zhì)材料，減輕結(jié)構(gòu)的自重，降低地震作用的效應(yīng)，尤其地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

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