美洲银行弹塑性地震反应分析中的连梁影响

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：计算结果从另一方面清楚地说明了延性连梁和脆性连梁对双肢剪力墙的影响。图7-23给出了地震反应分析结果，比较了最大侧向位移包线、连梁延性系数包线、最大倾覆力矩包线和最大轴向力包线。在实际结构中，美洲银行的连梁虽然出现了剪切斜裂缝，但还没有完全丧失强度和刚度，因此地震时墙肢并没有屈服。由美洲银行的分析可见，联肢剪力墙中对连梁的延性要求很高，普通配筋设计的连梁很难达到。

在1972年马那瓜地震中美洲银行遭遇震害以后（见第4章4.3节），美国S.A.Mahin教授和V.V.Bertero教授对该结构作了弹塑性地震反应分析（时程分析）^[63]，将美洲银行结构的钢筋混凝土筒简化为双肢剪力墙计算模型（平面图见图4-9）。实际结构中，由于连梁开洞，抗剪强度只有抗弯强度的35%，在地震中大部分连梁被剪坏。弹塑性时程分析采用了具有两种不同性能连梁的计算模型做比较：一种是抗剪强度很低的连梁，会很早出现脆性破坏，另一种是延性连梁，达到屈服强度以后不会被剪坏，由于钢筋强化，抵抗弯矩还略有增长。计算结果从另一方面清楚地说明了延性连梁和脆性连梁对双肢剪力墙的影响。

图7-23 美洲银行弹塑性地震反应分析结果

a）最大侧向位移包线 b）连梁延性系数包线 c）墙肢延性系数包线 d）最大倾覆力矩包线 e）最大轴向力包线

输入地震波采用了1972年马那瓜地震时在Esso炼油厂获得的强震纪录（东西方向分量），最大加速度为0.38g。图7-23给出了地震反应分析结果，比较了最大侧向位移包线、连梁延性系数包线、最大倾覆力矩包线和最大轴向力包线（最大反应值不在同一时刻出现，将最大值连成曲线称为包线）。从图中比较可见，连梁的性能对反应有很大影响：

1）由图7-23a可见，延性梁模型的侧移比脆性梁模型的侧移小，相差将近一倍。

2）由图7-23b可见，延性梁模型中，对连梁的延性要求很高，大部分连梁延性比为8～10，底部和顶部连梁延性比要求大约达到20左右。

3）由图7-23c可见，延性梁模型对墙肢的延性要求较低，墙肢没有屈服（延性系数小于1），脆性梁模型对墙肢要求高，墙肢底部和中部出现了屈服（延性系数大于1）。在实际结构中，美洲银行的连梁虽然出现了剪切斜裂缝，但还没有完全丧失强度和刚度，因此地震时墙肢并没有屈服。

4）由图7-23d、e可见，延性梁模型的倾覆力矩和墙肢轴向力都较大。

上述结果都是因为延性梁始终具有抗弯强度，它对墙肢产生约束弯矩，使墙肢轴向力较大，弹塑性阶段剪力墙仍具有较大刚度，位移较小；脆性梁在破坏后对墙肢不再有约束，墙肢的轴力较小，结构的抗侧刚度减小，因而位移加大了。

图7-24 美洲银行屋顶侧移、墙肢轴力和连梁弯矩随时间的变化曲线

通过地震反应分析还发现，在延性梁模型中，屋顶侧移和墙肢轴力的反复变化频率接近建筑物的基本频率，但是连梁弯矩的反复变化频率却比基本频率高，接近建筑物的第二或第三频率。图7-24是地震作用下屋顶侧移、墙肢轴力和连梁弯矩随时间的变化曲线，由图可见，屋顶侧移往复一次的时间间隔内，连梁弯矩会有几次往复。这主要是Esso地震波的卓越频率与结构第二自振频率接近，使结构明显存在高振型影响（高振型使墙肢曲率变化，会使连梁弯矩改变方向）。在10s内，墙肢大致经过10次往复运动，而连梁却要经过25次弯矩反复，少数连梁要经过60次反复，高振型影响对连梁不利，多次的反复使连梁抗剪强度降低，累积的塑性变形增加。

由美洲银行的分析可见，联肢剪力墙中对连梁的延性要求很高，普通配筋设计的连梁很难达到。由此可以得到一个概念，对于联肢剪力墙，应当加强其墙肢的承载力和延性，如果预见到在大震下连梁可能被剪坏，则对墙肢进行二道设防设计是防止剪力墙结结构严重破坏的有效措施，只要墙肢不破坏，大震下剪力墙结构就不会倒塌。

美洲银行弹塑性地震反应分析中的连梁影响

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