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中美抗震规范的地震作用计算与钢筋混凝土结构抗震措施的比较研究

作　者: 李剑
导　师: 陈岱林
学　校: 中国建筑科学研究院
专　业: 结构工程
关键词: 抗震设计场地分类反应谱地震反应修正系数延性性能
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本课题比较研究的主要对象是,我国GB50011-2001建筑抗震设计规范与美国IBC2000、UBC97、ASCE7-95规范,包括基本抗震设计方法、地震作用计算、混凝土结构的抗震措施等内容;部分内容参考了我国GB50010-2002混凝土规范、JGJ 3-2002高层混凝土结构规范、GB50009-2001荷载规范,以及美国NEHRP1997抗震条款、NEHRP2003抗震条款、ACI-318 99混凝土结构规范等。几十年来,先后诞生了拟静力方法、反应谱方法、时程分析方法、基于性能的设计方法等抗震设计方法。当前中美规范的抗震设计内容主要以反应谱理论为基础,特别是弹塑性反应谱理论,规范都纳入了其地震作用—延性双重控制的原则。在阐释抗震设计理论发展过程的基础上——特别对弹塑性反应谱理论与当前各国抗震规范的关系进行了阐述,本文详细比较分析了中美两国抗震规范的以下内容: 首先,比较两国抗震规范的设防目标。中国规范有着明确基于概率风险分析的分层次设防目标;美国规范也有相类似的规定。抗震设防目标的一致是进行抗震设计比较的基础。之后对中美当前抗震规范的抗震原则、基本设计方法进行比较。虽然同是以反应谱理论作为基础,但中国抗震规范通过引入“频遇地震”概念,使抗震设计时,地震作用计算与抗震措施二者相对独立。这点与美国抗震规范区别较大,美国规范根据不同结构延性等级的抗震措施,允许对地震作用计算值进行不同程度的折减。相对而言,中国规范的处理方法更加方便统一,便于设计人员使用,出错的可能也较小;而美国规范的处理方法更加贴近弹塑性反应谱理论,具有一定灵活性。这部分内容是其它后续内容比较分析的基础。中美抗震规范都通过地震风险性区划来反映两国的地震环境,本文比较了两国划分地震风险性区划的指标与方法,从中也可看出其中的历史沿革与变化趋势。在此基础上,对中美两国地震风险性指标进行了统一。地震环境的另一重要方面是地震小区划,亦即建筑物所在场地的影响,对这方面的比较分析,包括场地划分的方法及其相互关系,场地的影响,对不利场地类型的判别与采取措施。以上两方面属于外部地震环境评价,在对两国规范的上述内容进行统一的基础上,比较规范所考虑的弹性反应谱,反映在相同地震环境下,两国规范所考虑地震动力特性。从结构自身的角度讲,影响地震作用的主要有结构体系类型、材料、规则性、质量特性等等,各规范从不同方面加以考虑,对此进行了比较分析。在上述内容的基础上,进行两国规范地震作用计算方法的比较分析。包括计算方法的选择,简化方法(基底剪力法),动力方法(振型分解法与时程分析)等。比较各规范所取动力分析模型(质量与刚度模型)、计算过程的差异,以及这种差异对计算结果的影响。对简化方法(基底剪力法),单独比较分析结构基本周期的确定方法、基底剪力系数、基底剪力的竖向分配、对扭转效应的考虑等内容;对振型分解反应谱法,单独比较分析所取振型数的要求。同时比较分析了竖向地震作用计算、多方向地震作用、结构位移控制、P—△效应计算、地震效应组合等内容。在两国规范中,都通过抗震措施保障结构的延性性能,以保证在强烈地震下不发生严重破坏。这些措施包括对结构整体的要求,如限高等;控制结构屈服形态的措施,如“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等;最小配筋率、箍筋加密区要求等其它构造措施。本文比较分析各规范对混凝土结构所采取措施。由于中美抗震设计方法的差异,美国规范允许对地震作用进行更多的折减,相应的,对结构延性的要求也有所差异。

全文目录

第1章绪论  10-22
  1.1 研究目的  10-11
  1.2 抗震理论的发展  11-18
    1.2.1 静力理论阶段  11
    1.2.2 反应谱理论阶段  11-17
    1.2.3 直接积分法——时程分析阶段  17
    1.2.4 基于性能的设计法(Performance Based Design)阶段  17-18
  1.3 课题研究方向  18-22
    1.3.1 课题工作内容  19
    1.3.2 对中美两国抗震规范对比分析的内容  19-21
    1.3.3 程序编制与算例分析  21-22
第2章美国抗震规范内容简介  22-24
  2.1 美国规范的概况  22
  2.2 所选美国抗震规范的简单介绍  22-24
第3章抗震设计原则  24-30
  3.1 抗震设防目标的比较  24-25
  3.2 抗震设计方法的比较  25-29
    3.2.1 基本设计方法  25-27
    3.2.2 抗震设计方法的比较  27-29
  3.3 地震作用决定因素分析  29-30
第4章地震作用决定因素的比较(1)——外部地震环境评价的比较与统一  30-62
  4.1 地震区划的划分  30-42
    4.1.1 地震重现期  30-32
    4.1.2 地震区划的区划图与划分指标  32-36
    4.1.3 划分指标的对应关系  36-42
    4.1.4 地震区划方式的总结  42
  4.2 场地的影响——地震小区划  42-53
    4.2.1 场地评价的基本情况  42-43
    4.2.2 场地土类型的评价指标与统一  43-45
    4.2.3 场地的影响比较  45-50
    4.2.4 软弱、液化场地土的影响  50-51
    4.2.5 对地震断裂的考虑  51-53
  4.3 中美抗震规范地震弹性反应谱的比较  53-62
    4.3.1 反应谱的处理  53
    4.3.2 反应谱比较  53-62
第5章地震作用决定因素的比较(2)——建筑物本身属性的影响  62-78
  5.1 建筑物用途与重要性的影响  62-64
    5.1.1 建筑物的用途与重要性分类  62
    5.1.2 建筑物重要性分类的影响  62-64
  5.2 建筑物体系类型的影响  64-75
    5.2.1 建筑物的结构体系及其影响  64-66
    5.2.2 建筑物结构体系的规则性及其影响  66-75
  5.3 重力荷载W的取值  75-76
  5.4 建筑物阻尼的影响  76-78
第6章地震作用计算与结果  78-116
  6.1 计算方法及其选定  78-80
    6.1.1 地震作用计算方法分类  78
    6.1.2 计算方法的选定  78-80
  6.2 中美抗震规范的地震作用计算准则  80-82
  6.3 地震作用静力计算方法(Static Lateral-Force Procedure)  82-89
    6.3.1 底部剪力法  82-89
  6.4 地震作用动力计算方法(Dynamic Lateral Force Procedure)  89-96
    6.4.1 基本概况  89
    6.4.2 振型分解反应谱法(Modal Response Spectrum Analysis)  89-94
    6.4.3 弹性时程分析(Elastic Time-History Analysis)  94-95
    6.4.4 对动力计算数值结果的调整  95-96
  6.5 对结构侧移与重力二阶效应的限制  96-102
    6.5.1 结构侧移计算的比较讨论  96-100
    6.5.2 对P-Δ效应的考虑  100-102
  6.6 竖向地震作用  102-104
  6.7 多方向地震作用  104-110
    6.7.1 规范对双方向地震组合的规定  104-105
    6.7.2 地震作用最大方向的确定  105-110
  6.8 荷载效应组合  110-113
  6.9 本章小结  113-116
第7章抗震措施  116-136
  7.1 限制措施  116-117
    7.1.1 建筑物限高  116-117
  7.2 提高混凝土结构延性的措施  117-134
    7.2.1 概况  117
    7.2.2 改善结构屈服构型的地震作用调整措施  117-121
    7.2.3 其它构造措施  121-134
    7.2.4 提高延性措施的总结  134
  7.3 抗震措施比较小结  134-136
第8章结论  136-140
参考文献  140-142
致谢  142

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