[發明專利]鋼管混凝土建筑物抗震性能評估方法及應用

無效

• 申請號: 201010213005.4
• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN101881089A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 查曉雄;余敏;于磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: E04H9/02
• 分類號: E04H9/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及一種建筑物抗震性能評估方法及應用，尤其涉及一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評估方法及應用。

背景技術

目前建筑抗震設計要求“小震不壞，中震可修，大震不倒”，針對具體的結構設計，要求高層建筑物的抗震計算主要是在多遇地震作用下，按反應譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內力和位移，并用極限狀態方法設計構件；對于重要建筑或有特殊要求時，要用直接動力方法——時程分析方法補充計算，并進行大震作用下的變形驗算。

正對結構抗震計算可分為：靜力方法和動力方法。其中，靜力方法主要是基于反應譜理論而建立的等效分析方法，如針對多遇地震彈性分析的振型分解法、針對大震的靜力彈塑性分析方法等。動力方法則把地震作用直接施加于結構上，采用逐步積分的方法求解結構在地震作用下的瞬態內力和變形情況，如彈性和彈塑性動力時程分析方法等。其中，彈塑性動力時程分析方法能得到結構從彈性到彈塑性，逐漸開裂、損壞直至倒塌的全過程，從而可以通過控制破壞程度的條件，進而尋找防止結構倒塌的措施，是目前較為常用的計算方法。

彈塑性動力時程分析方法是通過將地震波按時段進行數值化后，輸入結構體系的振動微分方程，采用逐步積分法進行結構彈塑性動力反應分析，計算出結構在整個地震時域中的振動狀態全過程，給出各個時刻各桿件的內力和變形，以及各桿件出現塑性鉸的順序，反映地面運動的方向、特性及持續作用的影響。它從強度和變形兩個方面來檢驗結構的安全和抗震可靠度，并判明結構屈服機制和類型。

目前，鋼管混凝土建筑物越來越廣泛應用，主要應用于輸電，變電塔工程以及一些高層和超高層的結構中。但對于鋼管混凝土建筑物并沒有應用到時程分析進行高層彈塑性抗震性能評估，導致抗震性能分析不足。

針對高層鋼管混凝土彈塑性抗震計算，為了能真實的表現鋼管和混凝土材料的不同特性，以及它們的套箍作用，在建模分析時一般采用實體單元，由于整體分析時構件數很多，材料模型復雜，同時荷載具有動力效應，造成計算時間很長，最終很難實現。如果采用梁單元，在一般程序中只能針對單一材料可以使用梁單元，而鋼管混凝土由兩種材料組成，不適用，而且很多軟件中沒有能適用于空間梁單元動力分析的混凝土纖維本構，最終也無法有效的進行分析。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術中在鋼管混凝土建筑物中未采用彈塑性動力時程分析方法對鋼管混凝土建筑物進行抗震性能分析，抗震性能分析效果差的技術問題。

本發明的技術方案是：提供一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評估方法，所述建筑物支撐構件由鋼管混凝土形成，包括如下步驟：

建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型：將建筑物中鋼管混凝土部分的鋼管和混凝土都采用梁單元建模，根據鋼管混凝土的幾何尺寸設置鋼管和混凝土的截面，根據建筑物的空間位置將鋼管和混凝土單元在有限元模型中進行組裝，引入并賦予建筑物模型中鋼管的材構模型和混凝土的材構模型，所述本構模型采用考慮套箍作用和地震循環荷載下材料特性的纖維彈塑性損傷模型，設置各個鋼管混凝土構件中鋼材和混凝土的藕合條件，通過在有限元軟件上進行開發引入。

采用軟件對所述有限元模型進行計算：設定建筑物模型結構的邊界條件并施加地震作用進行動力彈性時程分析和彈塑性時程分析，從而獲取建筑物在地震激勵下的最大層間位移角。

抗震性能評估：通過獲取的建筑物最大層間位移角值，按照《建筑抗震設計規范》中對鋼管混凝土結構要求的最大層間位移角限值要求評估建筑物的抗震性能。

設計建筑物的抗震措施：根據建筑物抗震性能的評估結果設計建筑物的抗震措施。

本發明的進一步技術方案是：在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，在采用梁單元建模時，將梁柱簡化為梁單元，將樓板等簡化為殼單元，采用纖維梁的方法將實體材料簡化為一維的纖維材料，并考慮套箍作用的影響，同時考慮材料在往復作用下的損傷和斷裂行為，通過軟件進行開發引入。

本發明的進一步技術方案是：在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，定義建筑物模型中鋼管和混凝土單元直接的約束條件為完全耦合。

本發明的進一步技術方案是：在采用軟件對所述有限元模型進行計算步驟中，還包括對建筑物模型劃分網格，設定阻力系數及計算時間。

本發明的進一步技術方案是：在采用軟件對所述有限元模型進行計算步驟中，所述施加地震作用的方法包括施加荷載及地震波。

本發明的進一步技術方案是：在采用軟件對所述有限元模型進行計算步驟中，所述施加荷載包括壓力荷載及重力荷載。