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钢筋混凝土结构的有效刚度建模

发布日期:2019-01-06|变形缝生产厂家小编
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  抗震建筑设计通常是以传统线性分析技术的结果为基础的。变形缝怎么处理这类分析对钢筋混凝土的设计提出了挑战,因为材料是复合材料,其构件-钢筋和混凝土基体之间的复杂相互作用决定了材料的非线性行为。简化钢筋混凝土构件的性能,使其能够用线弹性分析方法进行建模,对我们有效设计钢筋混凝土结构至关重要。

  采用线性分析方法对混凝土结构单元进行建模,提取合理的结构响应,通常需要修改混凝土结构单元的刚度。然而,这种方法带来了挑战,包括以下方面:

  有效刚度是构件施加载荷和细节的函数。钢筋混凝土构件在不同的加载条件下(如拉力、压缩、弯曲)以及不同的加载速率(冲击、短期、长期)表现不同。

  由于结构分析模型中钢筋混凝土单元的假定刚度影响结构的动力特性,因此采用刚度修正可以是一个迭代过程,从而改变了分析结果和有效刚度。

  进度要求压力工程师进一步简化设计过程,导致每个单元类型只适用于多个分析单元的刚度修改器。由于若干原因,这可能是非常不准确的,包括:

  分析模型对单个单元的刚度非常敏感(例如,由于高层建筑中的钢筋混凝土隔板或刚性平台结构引起的后拉效应)。

  由于加载和位置不同,某些类型的元件可能具有不同的刚度。例如,与屋顶相比,高层建筑中的多层柱在基础上具有更高的刚度。

  该设计可能需要考虑多个地震动返回周期,例如服务级地震和最大考虑事件(MCE)地震,每个地震都具有独特的刚度特性。

  变形缝怎么处理本文通过总结国内外出版物推荐的各种建筑构件的刚度修改器来帮助结构工程师。提供了对代码、标准和研究文章的文献回顾,并简要总结了每一份文件中的主要假设。为便于比较,表中总结了弯曲刚度和剪切刚度的有效刚度参数。

  

变形缝怎么处理

 

  混凝土结构模型的刚度假设表。

  国内编码

  下文概述了在美国国内出版的、通常为美国结构工程师使用的各种文件。请注意,每个文档中提供的建议与特定的返回期或危险事件或特定的应用负载级别相关。有些建议与加载无关。

  ACI 318,建筑规范对结构混凝土的要求

  2012年参考的ACI 318-11国际建筑规范(IBC)。第8。8。1至8。8。3节提供了有效刚度值的准则,用于确定侧向荷载下的挠度。一般情况下,任何单元都可以使用基于粗截面特性的50%的刚度,或者根据第10。10。4。1节计算刚度。ACI 318-14包含类似的建议,在第6。6。3节中对刚度修改器进行了修改。

  第10。10。4节,弹性二阶分析,提供了一个独立于荷载水平的有效刚度值表和根据载荷和构件特性推导刚度的方程。评注R10。10。4。1节解释说,这些建议以一系列框架试验和分析为基础,并考虑到计算挠度的变异性(MacGregor和Hage,1977年)。

  ASCE/SEI 41-13,现有建筑物的抗震评估和改造

  ASCE 41-13表10-5提供了用于线性程序的有效刚度值.第10.3.1.2.1节指出,可以使用这些方法来代替计算构件屈服点的割线值,该值独立于对构件施加的力水平。

  ASCE 41区分轴向载荷大于或小于0。1*Ag*f‘的柱c并参考Elwood和Eberhard(2009)进一步指导钢筋混凝土柱有效刚度的计算。

  ASCE 41的未来版本将使用ACI 369作为混凝土建筑物的原始文件。下一次修订,ACI 369-17,预计将与ASCE 41-17出版,并将包括改进的刚度规定的基础上,目前的研究。

  同龄人高楼倡议

  高层建筑基于性能的抗震设计指南又称“高层建筑倡议”(TBI),是一份协商一致的文件,为160英尺以上的建筑物抗震设计提供了一种建议的替代方案。虽然规范性要求建议采用双重制度,但TBI中的替代程序允许使用只有剪力墙的结构。

  虽然大部分同行TBI文件侧重于大地震的非线性分析,但本文件的规定也给出了一组关于在服务级地震作用下线性弹性模型中使用的有效构件刚度值的建议(最小返回期为43年,或30年内超过50%的概率)。本文件的规定仅适用于基本振动周期较长且在较高振型下具有显著质量参与和横向响应的相对细长结构。

  洛杉矶高层建筑结构设计委员会(LATBSDC)手册

  第2.5节要求结构模型考虑到预期的激励和破坏水平,纳入对刚度和强度的实际估计。可以使用该文件表3中给出的有效钢筋混凝土刚度特性来代替详细分析。此表为MCE级地震事件非线性模型提供了单独的数值,而不是适用性、地震事件和风荷载。一个适用性地震事件定义为30年内超过50%的概率,MCE级事件相当于ASCE 7-10年的mCER,50年内超过的概率为2%。评注C.3.2.4节还指出,刚度特性可以从试验数据或Moehle等人得出。(2008年)。

  国际守则和其他参考资料

  以下是在美国境外发表的各种文件的摘要。请注意,每个文档中提供的建议与特定的返回期或危险事件或特定的应用负载级别相关,有些建议与装载无关。

  新西兰标准

  NZS 3101:第2部分(2006版)指出,混凝土构件的有效刚度受钢筋的数量和分布、混凝土的开裂程度、混凝土的抗拉强度以及构件施加结构作用前的初始条件等因素的影响。

  为了简化处理这些因素所需的复杂分析,标准列表建议不同成员的有效刚度,类似于美国的法规。然而,NZS 3101中使用的装载水平与美国的编码不同。典型结构(重要程度2级)的极限状态地震是基于50年超过10%的概率计算的,该结构的设计寿命为50年。重要水平为4级的结构的极限状态地震是以50年内超过2%的概率为基础的。对于具有50年设计寿命的结构,所有结构的使用极限状态地震都是基于每年超过25的概率等于1/25。

  加拿大标准协会混凝土结构设计

  CSA23。4-14在10。14。1。2节中提供了建议的刚度修改系数。在弹性分析的基础上,提供了这些因素来确定一阶横向层的挠度。加拿大的标准是以50年内超过2%的概率的地震为基础的。

  欧洲码

  根据欧洲规范8(EN1988-3),变形缝怎么处理钢筋混凝土单元中双线性力-变形关系的弹性刚度应与开裂截面的弹性刚度和钢筋屈服的起始值相对应。除非对开裂单元进行更准确的分析,否则本标准建议将混凝土单元的弹性、弯曲和剪切刚度特性作为未开裂单元相应刚度的50%。

  欧洲规范8的第3部分提供了一个基于弯矩-剪切比和屈服旋转的方程,可以用来确定更精确的有效刚度。在欧洲规范8中,对于线性和非线性分析来说,极限水平和可使用水平都是考虑的。

  土耳其标准

  土耳其TS 500-2000指的是土耳其地震法典(2007),其中规定,在进行某些类型的分析时,应将未损坏的属性用于部件。然而,在进行这些类型的分析时,裂纹截面特性的刚度修正器可用于梁在自己的平面上成墙,以及耦合结构墙的梁。在分析现有结构时,必须使用开裂截面特性。裂纹截面特性也可用于进行高级分析。

  Paulay和Priestley(1992),钢筋混凝土和砌体建筑的抗震设计

  Paulay和Priestley为裂缝混凝土框架构件和剪力墙的刚度修正提供了建议。在讨论框架构件刚度修饰语时,强调了刚度修饰词的使用中固有的近似性。

  关于框架刚度的建议见表4。1(Pauley和Priestley)。指出柱刚度应是轴向荷载的函数,永久重力荷载为静载的1。1倍,加上地震倾覆效应引起的轴向荷载。在分析混凝土墙体结构时,建议采用构件特异性方程来确定其有效刚度。

  普里斯特利,卡尔维和科瓦尔斯基(2007),基于位移的抗震设计

  Priestley、Calvi和Koalsky认为,构件的刚度与其强度有关,屈服曲率与强度无关。由于强度-刚度关系,他们建议进行基于力的分析的工程师应该始终把刚度修饰符的分配看作一个迭代过程。

  该标准提供了基于不同构件强度的钢筋混凝土构件刚度修正范围,所有这些都对应于基于位移的抗震设计。然而,作者认为,只要采用迭代过程,这些建议就可以用于基于力的抗震设计。

  结语

  如上表(第19页)所示,不同的标准和规范为修改钢筋混凝土构件的刚度提供了不同的准则。在进行结构分析时,审查多个规范和标准以确定单元的有效刚度是有用的。从多个来源获得的信息可能会为设计者目前正在评估的特定结构提供一种更准确的分析方法。由于钢筋混凝土构件的有效刚度对结构分析结果有很大的影响,变形缝怎么处理设计人员应了解适当的修改因素,并在某些情况下使用上限和下限刚度修正因子进行多次分析。

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