建筑结构抗震鉴定及加固设计研究

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1、建筑结构抗震鉴定及加固设计研究-结构理论摘要：在当前我国建筑结构抗震鉴定方法中，Pushove法是一种快捷有效的分析方法，通过该法可以较好地分析建筑结构的变形能力，找到结构的薄弱环节，从而控制结构在地震作用下发生轻微破坏或可接受的破坏程度以内，对工程抗震鉴定及加固设计具有很好的指导意义。关键词：建筑结构；抗震鉴定；加固设计　　1.研究背景及意义　　我国是世界上地震多发国家之一。据统计，仅内陆地区平均每年发生145次4级及以上的地震、20次5级及以上的地震、3～4次6级及以上的地震，平均每三年会发生两次7级及以上的地震。到2009年底，中国大陆

2、建成的180m以上的超高层建筑有104幢，其中200m以上的超高层建筑有55幢，而仅东南沿海地区的高层建筑就占到75%。随着经济的发展，还会有更多的高层、超高层建筑建造在这个区域。显然，发生在日本东南海的强烈地震会对我国东南沿海地区的高层建筑构成严重威胁。尽管传递到场地下部基岩的地震动强度较小，但在经过深软土层达到地面后，就可能成为长周期震动十分突出、破坏性极大的强震动。通常把经过长距离传播且处在深厚和软弱特征的场地土上的地震动称为远场长周期地震动，它与某些和它具有相同或者相近的较长自振周期的建（构）筑物容易产生共振效应，易使建筑物受到严重的

3、破坏。本文旨在研究远场长周期地震动特性，为建于厚软土层场地上的长周期建筑结构的抗震鉴定及加固设计奠定基础。　　2.建筑结构抗震鉴定分析方法　　在建筑结构抗震设计和研究中，常用的地震响应分析方法主要有时程分析法、反应谱分析法；而弹性反应谱法适用于弹性理论，适用弹塑性理论的时程分析法可以分析结构破坏全过程和屈服情况，但由于计算冗长、费机时而阻碍其广泛的应用，一般对于高层建筑或者大跨度建筑才进行非线性动力时程分析。　　早在19世纪80年代，Pushover分析方法就由Freeman等人提出，之后被人们广泛运用，但传统推导理论具有许多不足，随着研究的

4、不断深入，该法发展为A-D曲线（能力谱-需求谱曲线）。该法是将结构的能力谱曲线和需求谱曲线绘制在一张图中进行分析，用于评估结构的抗震性能，pushover法作为一种弹塑性地震响应分析方法列入我国2001年编制的《建筑抗震设计规范》中，并将其应用到建筑结构抗震设计中。非线性静力法主要包括传统pushover、多模态pushover分析法（MPA）、适应谱pushover分析方法（ASPA）及增量反应谱分析方法（IRSA）等。传统的pushover是基于固定的侧向荷载分布模式，既未考虑高阶振型的影响，也未解决由于结构的延性和结构动力特性的改变而引

5、起的应力重新分配问题，该法只适用由基本振型控制的建筑结构。　　为解决高阶模态影响的问题，R.K.Goel等人提出考虑高阶振型影响的模态静力非线性分析方法，称为模态pushover分析方法（ModalPushoverAnalysis，即MPA）。MPA法首先确定pushover分析中所求结构地震力应考虑的所有重要模态，将每阶重要模态等效为单自由体系，并对每阶模态进行一次分析，得到每阶模态下的目标位移。因此分析的次数和结构的重要模态数相等；当全部重要模态分析结束后，用SRSS或CQC方法对结果进行组合计算。　　适应谱pushover法又称ASPA

6、法，ASPA法是在MPA法基础上发展的。首先假定结构的横向荷载分布形式，之后每步的荷载大小通过对前一步的瞬态基底剪力和基础抗力计算得到。该法在每进行一次推倒都进行刚度计算，并将计算结果进行组合的同时叠加前一次相关结果，并将计算结果运用到下一步分析中，依此进行下去。相比之下，适应谱pushover方法比传统pushover法和MPA法更精确，主要因为该法不仅考虑了高阶模态贡献，而且把结构损伤对局部抗力和动力特性的影响考虑进来，通过对瞬时刚度、质量矩阵的求解来更新加载荷载的大小。IRA法原理和ASPA法差不多，在此不多述。　　3.建筑结构抗震加固

7、设计　　建筑结构的上部结构和下部结构之间荷载是通过设置支座传递的，支座约束势必影响到建筑结构的整体刚度，如何能保证在小震作用下结构具有较强的抵抗性，而大震下又有较大滞回能力，从而延长结构的周期的同时降低结构的内力，合理的选择、布置支座形式和刚度大小对建筑结构抗震、避免不必要的附加内力尤为关键。为此建筑结构减隔震支座孕育而生，建筑结构减、隔震装置的发展始于20世纪初，70年代就已经开始采用板式橡胶支座、铅芯橡胶支座；在1979年美国率先采用减、隔震系统，摩擦摇摆系统在此时得到运用；在上世纪80年代随着橡胶生产技术的提高孕育了高阻尼橡胶支座；随后

8、液体粘滞阻尼器慢慢的进入人们的视野。目前主要常用的支座有板式橡胶支座（记为RB）、盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座（记为LRB）、高阻尼隔震橡胶支座（记为HRB）、摩擦摆