[发明专利]钢管混凝土建筑物抗震性能评估方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑物抗震性能评估方法及应用，尤其涉及一种钢管混凝土建筑物抗震性能评估方法及应用。

背景技术

目前建筑抗震设计要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”，针对具体的结构设计，要求高层建筑物的抗震计算主要是在多遇地震作用下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力和位移，并用极限状态方法设计构件；对于重要建筑或有特殊要求时，要用直接动力方法——时程分析方法补充计算，并进行大震作用下的变形验算。

正对结构抗震计算可分为：静力方法和动力方法。其中，静力方法主要是基于反应谱理论而建立的等效分析方法，如针对多遇地震弹性分析的振型分解法、针对大震的静力弹塑性分析方法等。动力方法则把地震作用直接施加于结构上，采用逐步积分的方法求解结构在地震作用下的瞬态内力和变形情况，如弹性和弹塑性动力时程分析方法等。其中，弹塑性动力时程分析方法能得到结构从弹性到弹塑性，逐渐开裂、损坏直至倒塌的全过程，从而可以通过控制破坏程度的条件，进而寻找防止结构倒塌的措施，是目前较为常用的计算方法。

弹塑性动力时程分析方法是通过将地震波按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析，计算出结构在整个地震时域中的振动状态全过程，给出各个时刻各杆件的内力和变形，以及各杆件出现塑性铰的顺序，反映地面运动的方向、特性及持续作用的影响。它从强度和变形两个方面来检验结构的安全和抗震可靠度，并判明结构屈服机制和类型。

目前，钢管混凝土建筑物越来越广泛应用，主要应用于输电，变电塔工程以及一些高层和超高层的结构中。但对于钢管混凝土建筑物并没有应用到时程分析进行高层弹塑性抗震性能评估，导致抗震性能分析不足。

针对高层钢管混凝土弹塑性抗震计算，为了能真实的表现钢管和混凝土材料的不同特性，以及它们的套箍作用，在建模分析时一般采用实体单元，由于整体分析时构件数很多，材料模型复杂，同时荷载具有动力效应，造成计算时间很长，最终很难实现。如果采用梁单元，在一般程序中只能针对单一材料可以使用梁单元，而钢管混凝土由两种材料组成，不适用，而且很多软件中没有能适用于空间梁单元动力分析的混凝土纤维本构，最终也无法有效的进行分析。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中在钢管混凝土建筑物中未采用弹塑性动力时程分析方法对钢管混凝土建筑物进行抗震性能分析，抗震性能分析效果差的技术问题。

本发明的技术方案是：提供一种钢管混凝土建筑物抗震性能评估方法，所述建筑物支撑构件由钢管混凝土形成，包括如下步骤：

建立钢管混凝土建筑物的空间纤维梁有限元模型：将建筑物中钢管混凝土部分的钢管和混凝土都采用梁单元建模，根据钢管混凝土的几何尺寸设置钢管和混凝土的截面，根据建筑物的空间位置将钢管和混凝土单元在有限元模型中进行组装，引入并赋予建筑物模型中钢管的材构模型和混凝土的材构模型，所述本构模型采用考虑套箍作用和地震循环荷载下材料特性的纤维弹塑性损伤模型，设置各个钢管混凝土构件中钢材和混凝土的藕合条件，通过在有限元软件上进行开发引入。

采用软件对所述有限元模型进行计算：设定建筑物模型结构的边界条件并施加地震作用进行动力弹性时程分析和弹塑性时程分析，从而获取建筑物在地震激励下的最大层间位移角。

抗震性能评估：通过获取的建筑物最大层间位移角值，按照《建筑抗震设计规范》中对钢管混凝土结构要求的最大层间位移角限值要求评估建筑物的抗震性能。

设计建筑物的抗震措施：根据建筑物抗震性能的评估结果设计建筑物的抗震措施。

本发明的进一步技术方案是：在建立钢管混凝土建筑物的有限元模型步骤中，在采用梁单元建模时，将梁柱简化为梁单元，将楼板等简化为壳单元，采用纤维梁的方法将实体材料简化为一维的纤维材料，并考虑套箍作用的影响，同时考虑材料在往复作用下的损伤和断裂行为，通过软件进行开发引入。

本发明的进一步技术方案是：在建立钢管混凝土建筑物的有限元模型步骤中，定义建筑物模型中钢管和混凝土单元直接的约束条件为完全耦合。

本发明的进一步技术方案是：在采用软件对所述有限元模型进行计算步骤中，还包括对建筑物模型划分网格，设定阻力系数及计算时间。

本发明的进一步技术方案是：在采用软件对所述有限元模型进行计算步骤中，所述施加地震作用的方法包括施加荷载及地震波。

本发明的进一步技术方案是：在采用软件对所述有限元模型进行计算步骤中，所述施加荷载包括压力荷载及重力荷载。