钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究

基于性能的结构抗震设计理论是二十世纪九十年代土木工程学界出现的一种全新的抗震设计理念，引起广大学者的极大兴趣并展开多方面的研究。该理论以提高结构的抗震性能为目标，要求所设计的结构在未来地震作用下具有可预见的抗震性能。这一理论的研究在我国还处于起步阶段，因此，系统地研究基于性能的结构抗震设计理论，对我国抗震设计理论的发展具有重要的理论意义和实用价值。 论文首先对结构抗震性能等级和设计性能安全指数进行了研究。从结构在地震作用下的破坏程度为出发点，对结构的破坏状态进行了描述，并建立了结构的破坏程度与结构四种性能极限状态之间的关系；提出了结构性能安全指数的概念，并以结构的变形极限状态方程为基础得到了结构设计性能安全指数的计算方法和结构性能等级的划分标准。 论文讨论了结构变形控制的抗震设计方法。这种抗震设计方法从假定多自由度结构体系的层间位移开始，根据假定的振型反应，将结构简化为一个相应的等效设计单自由度体系，求得在所假定的位移反应条件下结构受力，然后根据原型结构的侧向力分布形式，计算结构的地震反应并对结构进行设计。设计位移的选择要考虑多种因素的综合影响。 对钢筋混凝土结构静力推覆分析(Push—over)的研究，主要讨论了静力推覆分析中水平侧向力的分布形式，提出了一种平面结构的改进水平侧向力分布形式和楼层平面出现不可忽略扭转反应的空间结构的水平侧向力分布方法，并用推覆分析实例验证了所提出的水平侧向力分布形式的正确性和可行性以及静力推覆分析适用于不规则结构的可能性，同时也验证了结构变形控制抗震设计方法的合理性。 论文还对结构抗震性能评估的能力谱方法进行了研究。对于规则结构引入了等效振型与等效振型参与系数的概念，将结构简化为考虑高阶振型影响的等效单自由度体系。按照结构抗震 西安建筑科技大学申请博士学位论文 性能评估能力谱方法的一般步骤，讨论了与等效阻尼相关的抗震性能评估能力谱方法和通过屈 服强度折减系数对弹性反应谱进行折减得到非弹性反应谱的延性相关的抗震性能评估的能力谱 方法。对于竖向不规则结构体系，以薄弱层的层间位移和薄弱层以上结构的质量为参数，应用 层间能力谱方法进行抗震性能评估。对于扭转不规则结构体系，引入与结构偏心矩大小和结构 平面整体尺寸有关的强度降低系数叮来考虑结构的扭转效应，选取结构的基底剪力和边轴线的 最大反应位移为参数，应用能力谱方法进行抗震性能评估。计算表明能力谱方法同样可以适用 于不规则结构体系的抗震性能评估。 论文最后讨论了基于性能的钢筋混凝土结构综合抗震设计方法。该方法将本文研究的各方 面内容综合应用于结构设计的不同阶段，即在结构选择了合适的抗震性能等级后，采用结构变 形控制抗震设计方法作为结构的设计方法，以结构静力推覆(Pusheseeover)分析方法作为结构 的计算分析方法，以结构抗震性能评估的能力谱方法作为检验结构实际抗震性能的评估与验算 方法，形成统一的结构抗震设计方法，在结构设计的各个阶段控制结构的抗震性能，体现基于 结构性能的抗震设计理念。