專利名稱：鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物抗震性能評(píng)估方法及應(yīng)用，尤其涉及一種鋼管混凝土建筑 物抗震性能評(píng)估方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前建筑抗震設(shè)計(jì)要求“小震不壞，中震可修，大震不倒”，針對(duì)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 要求高層建筑物的抗震計(jì)算主要是在多遇地震作用下，按反應(yīng)譜理論計(jì)算地震作用，用彈 性方法計(jì)算內(nèi)力和位移，并用極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)構(gòu)件；對(duì)于重要建筑或有特殊要求時(shí)，要用 直接動(dòng)力方法——時(shí)程分析方法補(bǔ)充計(jì)算，并進(jìn)行大震作用下的變形驗(yàn)算。正對(duì)結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算可分為靜力方法和動(dòng)力方法。其中，靜力方法主要是基于反應(yīng) 譜理論而建立的等效分析方法，如針對(duì)多遇地震彈性分析的振型分解法、針對(duì)大震的靜力 彈塑性分析方法等。動(dòng)力方法則把地震作用直接施加于結(jié)構(gòu)上，采用逐步積分的方法求解 結(jié)構(gòu)在地震作用下的瞬態(tài)內(nèi)力和變形情況，如彈性和彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法等。其中，彈 塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法能得到結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性，逐漸開裂、損壞直至倒塌的全過程，從 而可以通過控制破壞程度的條件，進(jìn)而尋找防止結(jié)構(gòu)倒塌的措施，是目前較為常用的計(jì)算 方法。彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法是通過將地震波按時(shí)段進(jìn)行數(shù)值化后，輸入結(jié)構(gòu)體系的 振動(dòng)微分方程，采用逐步積分法進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力反應(yīng)分析，計(jì)算出結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震時(shí) 域中的振動(dòng)狀態(tài)全過程，給出各個(gè)時(shí)刻各桿件的內(nèi)力和變形，以及各桿件出現(xiàn)塑性鉸的順 序，反映地面運(yùn)動(dòng)的方向、特性及持續(xù)作用的影響。它從強(qiáng)度和變形兩個(gè)方面來檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的 安全和抗震可靠度，并判明結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制和類型。目前，鋼管混凝土建筑物越來越廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于輸電，變電塔工程以及一些 高層和超高層的結(jié)構(gòu)中。但對(duì)于鋼管混凝土建筑物并沒有應(yīng)用到時(shí)程分析進(jìn)行高層彈塑性 抗震性能評(píng)估，導(dǎo)致抗震性能分析不足。針對(duì)高層鋼管混凝土彈塑性抗震計(jì)算，為了能真實(shí)的表現(xiàn)鋼管和混凝土材料的不 同特性，以及它們的套箍作用，在建模分析時(shí)一般采用實(shí)體單元，由于整體分析時(shí)構(gòu)件數(shù)很 多，材料模型復(fù)雜，同時(shí)荷載具有動(dòng)力效應(yīng)，造成計(jì)算時(shí)間很長(zhǎng)，最終很難實(shí)現(xiàn)。如果采用梁 單元，在一般程序中只能針對(duì)單一材料可以使用梁?jiǎn)卧摴芑炷劣蓛煞N材料組成，不 適用，而且很多軟件中沒有能適用于空間梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)恿Ψ治龅幕炷晾w維本構(gòu)，最終也無法 有效的進(jìn)行分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中在鋼管混凝土建筑物中未采用彈塑性 動(dòng)力時(shí)程分析方法對(duì)鋼管混凝土建筑物進(jìn)行抗震性能分析，抗震性能分析效果差的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，所述建筑物支撐構(gòu)件由鋼管混凝土形成，包括如下步驟建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型將建筑物中鋼管混凝土部分的 鋼管和混凝土都采用梁?jiǎn)卧＃鶕?jù)鋼管混凝土的幾何尺寸設(shè)置鋼管和混凝土的截面， 根據(jù)建筑物的空間位置將鋼管和混凝土單元在有限元模型中進(jìn)行組裝，引入并賦予建筑物 模型中鋼管的材構(gòu)模型和混凝土的材構(gòu)模型，所述本構(gòu)模型采用考慮套箍作用和地震循環(huán) 荷載下材料特性的纖維彈塑性損傷模型，設(shè)置各個(gè)鋼管混凝土構(gòu)件中鋼材和混凝土的藕合 條件，通過在有限元軟件上進(jìn)行開發(fā)引入。采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算設(shè)定建筑物模型結(jié)構(gòu)的邊界條件并施加地 震作用進(jìn)行動(dòng)力彈性時(shí)程分析和彈塑性時(shí)程分析，從而獲取建筑物在地震激勵(lì)下的最大層 間位移角。抗震性能評(píng)估通過獲取的建筑物最大層間位移角值，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 中對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移角限值要求評(píng)估建筑物的抗震性能。設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施根據(jù)建筑物抗震性能的評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)建筑物的抗震措 施。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，在 采用梁?jiǎn)卧r(shí)，將梁柱簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧瑢前宓群?jiǎn)化為殼單元，采用纖維梁的方法將實(shí) 體材料簡(jiǎn)化為一維的纖維材料，并考慮套箍作用的影響，同時(shí)考慮材料在往復(fù)作用下的損 傷和斷裂行為，通過軟件進(jìn)行開發(fā)引入。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，定 義建筑物模型中鋼管和混凝土單元直接的約束條件為完全耦合。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，還 包括對(duì)建筑物模型劃分網(wǎng)格，設(shè)定阻力系數(shù)及計(jì)算時(shí)間。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，所 述施加地震作用的方法包括施加荷載及地震波。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，所 述施加荷載包括壓力荷載及重力荷載。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，還 包括在建筑物鋼管混凝土柱與梁連接節(jié)點(diǎn)處建立連接器單元，在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置局部坐標(biāo)使連 接器單元符合鋼管混凝土建筑物的實(shí)際工作情況。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，節(jié) 點(diǎn)剛度的取值小于25倍的梁線剛度。本發(fā)明的技術(shù)方案是將鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法應(yīng)用在采用鋼管混 凝土建筑物的民用建筑或工業(yè)建筑上。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明提供一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，通 過建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁彈塑性有限元模型，然后采用軟件對(duì)所述有限元模 型進(jìn)行計(jì)算，通過獲取的建筑物最大層間位移角，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移 角限值要求評(píng)估建筑物的抗震性能，根據(jù)建筑物抗震性能的評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)建筑物的抗震措 施。


圖1為本發(fā)明流程圖。圖2為本發(fā)明的鋼材單軸滯回本構(gòu)模型。圖3為本發(fā)明的考慮緊箍作用的約束混凝土本構(gòu)模型。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式提供一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估 方法，所述建筑物支撐構(gòu)件由鋼管混凝土形成，包括如下步驟步驟100 建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型首先，將建筑物中鋼 管混凝土部分的鋼管和混凝土都采用梁?jiǎn)卧＃唇U系和殼模型，而桿系和殼模型 是將梁柱簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧瑢前宓群?jiǎn)化為殼單元。然后，根據(jù)鋼管混凝土的幾何尺寸設(shè)置 鋼管和混凝土的截面，根據(jù)建筑物的空間位置將鋼管和混凝土單元在有限元模型中進(jìn)行組 裝，引入并賦予建筑物模型中鋼管的本構(gòu)模型和混凝土的本構(gòu)模型，所述本構(gòu)模型采用考 慮套箍作用和地震循環(huán)荷載下材料特性的纖維彈塑性損傷模型，設(shè)置各個(gè)鋼管混凝土構(gòu)件 中鋼材和混凝土的藕合條件，通過在有限元軟件上進(jìn)行開發(fā)引入。具體而言，如圖2所示，本發(fā)明鋼材的本構(gòu)模型中，取鋼材單軸滯回本構(gòu)模型來建 立鋼管混凝土中的鋼材本構(gòu)關(guān)系。開發(fā)的鋼材模型為Menegotto-Pinto邊界面模型，可以 考慮鋼材等向強(qiáng)化，同時(shí)可以考慮滯回加載過程中的包辛格效應(yīng)。圖2中，在本模型中，受拉為正，受壓為負(fù)，需要定義的參數(shù)有10個(gè)屈服強(qiáng)度fy ； 初始彈性模型Etl ；強(qiáng)化比例系數(shù)b = Et/E0 ；初始彈塑性轉(zhuǎn)化控制參數(shù)Rtl，取值一般大于15， 沒有特別需求通常取20 ；彈塑性轉(zhuǎn)化控制參數(shù)計(jì)算公式中的系數(shù)ai和a2，沒有特別需求通 tMa1 = O. 925, a2 = 0. 15 ；受壓強(qiáng)化計(jì)算系數(shù)A1, A2，如果不考慮強(qiáng)化，通常A1 = OjA2 = 1 ； 受拉強(qiáng)化計(jì)算系數(shù)A3, A4，如果不考慮強(qiáng)化，通常A3 = 0，A3= L·由圖2的滯回過程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可知，在正反加載的過程中，應(yīng)力-應(yīng)變 的關(guān)系主要由兩個(gè)點(diǎn)控制，第i次起始點(diǎn)應(yīng)變應(yīng)力氏(ε ρ or)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)變應(yīng)力Od ε。， σ。)，i為模型循環(huán)的次數(shù)，i = 1時(shí)，R^er, or)為圖形的原點(diǎn)，O1Gtl, 0(|)中的σ。= fy，其中，fy表示屈服強(qiáng)度。受拉曲線對(duì)應(yīng)的曲線方程如下 其中， 其中，ε表示應(yīng)變，σ表示應(yīng)力，Ri ( ε r, σ r)表示第i次起始點(diǎn)應(yīng)變應(yīng)力 、a2 為彈塑性轉(zhuǎn)化控制參數(shù)，沒有特別需求通常 =0. 925，a2 = 0. 15 ；b = Et/E0, b表示強(qiáng)化 比例系數(shù)。ξ (i)為i次曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)和歷史最大受壓(或受拉)點(diǎn)的水平距離，當(dāng)曲線有壓轉(zhuǎn) 向?yàn)槔瓡r(shí)，為歷史最大受拉點(diǎn)，當(dāng)曲線受拉轉(zhuǎn)向?yàn)槭軌簳r(shí)，為歷史最大受壓點(diǎn)；初始最大受 壓點(diǎn)和受拉點(diǎn)位對(duì)應(yīng)屈服點(diǎn)，并且ξ (1) =0。
強(qiáng)化準(zhǔn)則受壓等向強(qiáng)化時(shí)，受壓屈服強(qiáng)度修正系數(shù)為k。，
強(qiáng)化后的受壓屈服強(qiáng)度為f ‘ yc = k。fy受拉等向強(qiáng)化時(shí)，受拉屈服應(yīng)力修正系數(shù)為kt
強(qiáng)化后的受拉屈服強(qiáng)度為f ‘ yt = ktfy其中，ε_(tái)，ε min分別為歷史最大應(yīng)變和最小應(yīng)變，f' yc, f' yt分別為強(qiáng)化后的 受壓屈服強(qiáng)度和受拉屈服強(qiáng)度。考慮緊箍作用的約束混凝土本構(gòu)模型如圖3所示，對(duì)于空心鋼管混凝土中的混凝土本構(gòu)關(guān)系采用modified Kent-Park model模型。在本模型中，受拉為正，受壓為負(fù)，需要定義的參數(shù)有7個(gè)受壓峰值應(yīng)力應(yīng)變坐標(biāo)(ε。。，fcc)，受壓壓碎處應(yīng)力應(yīng)變坐標(biāo)(ε cu, fcu)，壓碎處彈性韋 拉極限ft，受拉軟化階段模量Et。考慮緊箍作用的約束混凝土本構(gòu)模型的公式描述
設(shè)材料初始受壓彈性模量
，受拉峰值應(yīng)變
受拉極限應(yīng)變?yōu)? 考慮緊箍作用的約束混凝土本構(gòu)模型包絡(luò)曲線公式為 受拉時(shí) 受壓時(shí)， 如圖3所示，滯回過程規(guī)則受拉區(qū)為線性回到原點(diǎn)；受壓區(qū)再次加載曲線3為過點(diǎn)R，斜率為E的直線，其中，點(diǎn)P為過原點(diǎn)斜率為Etl 直線和過壓碎點(diǎn)斜率為α Etl直線的交點(diǎn)。斜率E根據(jù)包絡(luò)線上點(diǎn)(σ。，ε。)和R點(diǎn)來確定。 卸載曲線1為過點(diǎn)(ο。，ε。)斜率為Etl的直線，曲線2為過曲線1和X軸交點(diǎn)，斜率為Ε/2 的直線。對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，需要考慮套箍作用，根據(jù)K. Α. S. Susantha的模型，對(duì)應(yīng)7個(gè) 參數(shù)的取值規(guī)則如下考慮套管作用的混凝土(即約束混凝土)受壓極值點(diǎn)為(ε。。，f。。)，計(jì)算公式如其中\(zhòng)表示無混凝土填充時(shí)的鋼管泊松比，
D表示鋼管的外直徑；
t表示鋼管的壁厚；
fy表示鋼材的屈服強(qiáng)度。
對(duì)于四邊形和八邊形截面
四邊形
Jy
八邊形
Jy
其中，R表示鋼管寬厚比參數(shù)，取值如下；
f。表示混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度； fy表示鋼材的屈服強(qiáng)度； b表示多邊形鋼管一條邊的長(zhǎng)度； t表示鋼管的壁厚；
其中，f。。表示約束混凝土的抗壓強(qiáng)度； ε。。表示約束混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變； f。表示混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度； ε。表示混凝土強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變； m表示經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取m = 4;
frp表示徑向最大側(cè)壓力，對(duì)于多變形為等效最大側(cè)壓力，取值如下 對(duì)于圓形截面
U-喊Λ ⑸
其中，Ve表示有混凝土填充時(shí)的鋼管泊松比，取值如下。

ν表示鋼材的泊松比，可取，ν = 0. 3 ；
Es表示鋼材的彈性模量；可取，Es = 2. 06 X IO5MPa0
考慮套管作用的混凝土(約束混凝土)壓碎點(diǎn)(ε。u，f。u)，計(jì)算公式如下
其中，f。。表示約束混凝土的抗壓強(qiáng)度； ε。。表示約束混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變； f。u表示約束混凝土的壓碎處的強(qiáng)度； ε。u表示混凝土強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變； Z表示混凝土本構(gòu)下降段的切線模型，即斜率的絕對(duì)值。 對(duì)于圓形截面，Z的計(jì)算公式為

其中，Rt表示鋼管徑厚比參數(shù)，取值如下；
fy表示鋼材的屈服強(qiáng)度；
f。表示混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度；
D表示圓鋼管的直徑；
t表示鋼管的壁厚；
ν表示鋼材的泊松比，可取，ν = 0. 3 ；
Es表示鋼材的彈性模量；可取，Es = 2. 06 X IO5MPa0
對(duì)于四邊形，Z的計(jì)算公式為

其中，R表示鋼管寬厚比參數(shù)，取值見上面公式； f。表示混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度； fy表示鋼材的屈服強(qiáng)度。
限制條件和說明、<ecc+^· ,BP fcu只能在受壓區(qū)
對(duì)于八邊形，Z的計(jì)算公式為
其中，R表示鋼管寬厚比參數(shù)，取值見上面公式； f。表示混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度； fy表示鋼材的屈服強(qiáng)度。 限制條件和說明-.Scu <ecc，即、只能在受壓區(qū)。通過上面的公式已經(jīng)可以確定4個(gè)參數(shù)，另外3個(gè)參數(shù)分別為壓碎處彈性模擬的 損失系數(shù)α。受拉極限ft，受拉軟化階段模量Et。由于受拉部分影響較小，所以可以取 ft = f。。/10，Et = EcZlO,或是更小的值。α的取值為0< α彡1，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整， 通常取0. 1。在引入并賦予建筑物模型中鋼管的本構(gòu)模型和混凝土的本構(gòu)模型，通過設(shè)置各個(gè) 鋼管混凝土構(gòu)件中鋼材和混凝土的藕合條件，所述本構(gòu)模型采用考慮套箍作用和地震循環(huán) 荷載下材料特性的纖維彈塑性損傷模型即建立起來了。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是，在本步驟中，還包括在建筑物鋼管混凝土柱與梁連接 節(jié)點(diǎn)處建立連接器單元，在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置局部坐標(biāo)使連接器單元符合鋼管混凝土建筑物的實(shí) 際工作情況。這里所述局部坐標(biāo)是指對(duì)連接器單元設(shè)定坐標(biāo)方向，使連接器單元與節(jié)點(diǎn)實(shí) 際工作時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
其次，在構(gòu)建了材料模型之后，再構(gòu)建鋼管混凝土建筑物的幾何模型。包括根據(jù) 鋼管混凝土的幾何尺寸設(shè)置鋼管和混凝土的截面，然后再根據(jù)建筑物的空間位置將鋼管和 混凝土單元在有限元模型中進(jìn)行組裝。步驟200 采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算，即設(shè)定建筑物模型結(jié)構(gòu)的邊界 條件并施加地震作用進(jìn)行動(dòng)力彈性時(shí)程分析和彈塑性時(shí)程分析，對(duì)于動(dòng)力彈性時(shí)程分析， 鋼材的本構(gòu)模型只取相關(guān)的彈性部分，即，鋼材塑性強(qiáng)化系數(shù)取1，即公式(
對(duì)于彈塑性時(shí)程分析，鋼材的本構(gòu)模型中，公式(1)中及=氏1^y由此，再根據(jù)動(dòng)力
里程分析方法獲取建筑物在地震激勵(lì)下的變形情況，動(dòng)力時(shí)程分析法的基本動(dòng)力方程 其中[Μ]表示質(zhì)量矩陣，一般采用集中質(zhì)量陣，將單元的質(zhì)量集中到節(jié)點(diǎn)上；[C]表示阻尼矩陣；[K]表示剛度矩陣，與靜力分析時(shí)使用的剛度陣相同；{χ}表示位移；表示發(fā)生位移變化的速度；·(均表示發(fā)生位移變化的加速度向量；表示地面運(yùn)動(dòng)加速度向量。根據(jù)動(dòng)力里程分析方法獲取建筑物在地震激勵(lì)下每一個(gè)點(diǎn)的位移，從而得到每個(gè) 點(diǎn)的最大層間位移角，位移除以層高得到層間位移角值。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
為，采用在建模軟件中，先設(shè)定建筑物模型結(jié)構(gòu)的邊界條 件，建立的鋼管和混凝土約束條件，本發(fā)明中，在節(jié)點(diǎn)處建立連接器單元，在節(jié)點(diǎn)處定義局 部坐標(biāo)使連接器單元符合實(shí)際工作情況。對(duì)于節(jié)點(diǎn)剛度的取值為了模擬節(jié)點(diǎn)半剛性特性， 不會(huì)直接使用剛性連接，而是以歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中對(duì)節(jié)點(diǎn)半剛性的分類原則為準(zhǔn)，即節(jié)點(diǎn) 的初始剛度小于25倍的梁線剛度，即可認(rèn)為節(jié)點(diǎn)為半剛性節(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行加載分析和地震分 析。步驟300 抗震性能評(píng)估，即通過獲取的建筑物最大層間位移角值，按照《建筑抗 震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移角限值要求評(píng)估建筑物的抗震性 能。我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2001中對(duì)不同結(jié)構(gòu)在多遇地震和罕遇地震條 件下的層間位移角作了要求，在多遇地震的條件產(chǎn)生的彈性層間位移角不得超過表1中的數(shù)值。
表1 抗震規(guī)范對(duì)彈性層間位移角的限值 在罕遇地震的條件下產(chǎn)生的彈塑性層間位移角不得超過表2中的數(shù)值。表2 抗震規(guī)范對(duì)彈塑性層間位移角的限值 具體實(shí)施過程中，先選取支座處的節(jié)點(diǎn)施加約束，約束地震激勵(lì)方向外的自由度。 再定義荷載，所述施加荷載包括壓力荷載及重力荷載。定義荷載時(shí)在梁上施加力，同時(shí)設(shè)置 重力分析步和地震波分析步，重力分析步設(shè)置5秒，開始的1秒完成加載，后面的預(yù)留的時(shí) 間是為了使結(jié)構(gòu)的震蕩逐漸減弱。最后，在地震波分析步中輸入地震波，根據(jù)將獲取的建筑 物動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果根據(jù)我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2001評(píng)估建筑物的抗震性能。步驟400 設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施，即根據(jù)建筑物抗震性能的評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)建筑 物的抗震措施。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在建立鋼管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，定義 建筑物模型中鋼管和混凝土單元直接的約束條件為完全耦合。在采用軟件對(duì)所述有限元模 型進(jìn)行計(jì)算步驟中，還包括對(duì)建筑物模型劃分網(wǎng)格，設(shè)定阻力系數(shù)及計(jì)算時(shí)間。
本發(fā)明中，鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法在采用鋼管混凝土建筑物的民用 建筑或工業(yè)建筑上的應(yīng)用。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，所述建筑物支撐構(gòu)件由鋼管混凝土形成，包括如下步驟建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型將建筑物中鋼管混凝土部分的鋼管和混凝土都采用梁?jiǎn)卧＃鶕?jù)鋼管混凝土的幾何尺寸設(shè)置鋼管和混凝土的截面，根據(jù)建筑物的空間位置將鋼管和混凝土單元在有限元模型中進(jìn)行組裝，引入并賦予建筑物模型中鋼管的材構(gòu)模型和混凝土的材構(gòu)模型，所述本構(gòu)模型采用考慮套箍作用和地震循環(huán)荷載下材料特性的纖維彈塑性損傷模型，設(shè)置各個(gè)鋼管混凝土構(gòu)件中鋼材和混凝土的藕合條件，通過在有限元軟件上進(jìn)行開發(fā)引入。采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算設(shè)定建筑物模型結(jié)構(gòu)的邊界條件并施加地震作用進(jìn)行動(dòng)力彈性時(shí)程分析和彈塑性時(shí)程分析，從而獲取建筑物在地震激勵(lì)下的最大層間位移角。抗震性能評(píng)估通過獲取的建筑物最大層間位移角值，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移角限值要求評(píng)估建筑物的抗震性能。設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施根據(jù)建筑物抗震性能的評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在建立鋼 管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，在采用梁?jiǎn)卧r(shí)，將梁柱簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧瑢前?等簡(jiǎn)化為殼單元，采用纖維梁的方法將實(shí)體材料簡(jiǎn)化為一維的纖維材料，并考慮套箍作用 的影響，同時(shí)考慮材料在往復(fù)作用下的拉壓彈塑性、損傷和斷裂行為，通過軟件進(jìn)行開發(fā)引 入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在建立鋼 管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，定義建筑物模型中鋼管和混凝土單元直接的約束條 件為完全耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在采用軟 件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，還包括對(duì)建筑物模型劃分網(wǎng)格，設(shè)定阻力系數(shù)及計(jì) 算時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在采用軟 件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，所述施加地震作用的方法包括施加荷載及地震波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在采用軟 件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算步驟中，所述施加荷載包括壓力荷載、重力荷載及地震荷載。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在建立鋼 管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，還包括在建筑物鋼管混凝土柱與梁連接節(jié)點(diǎn)處建立 連接器單元，在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置局部坐標(biāo)使連接器單元符合鋼管混凝土建筑物的實(shí)際工作情 況。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于，在建立鋼 管混凝土建筑物的有限元模型步驟中，節(jié)點(diǎn)剛度的取值小于25倍的梁線剛度。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，其特征在于， 該方法在采用鋼管混凝土建筑物的民用建筑或工業(yè)建筑上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，所述建筑物支撐構(gòu)件由鋼管混凝土形成，包括如下步驟建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型，開發(fā)適用于纖維梁分析方法，并考慮套箍作用和地震循環(huán)荷載下材料特性的彈塑性損傷本構(gòu)模型及對(duì)應(yīng)子程序，采用軟件并結(jié)合材料子程序?qū)λ鲇邢拊Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算，抗震性能評(píng)估，設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施。本發(fā)明提供一種鋼管混凝土建筑物抗震性能評(píng)估方法，通過建立鋼管混凝土建筑物的空間纖維梁有限元模型，并開發(fā)適用于纖維梁分析方法，并考慮套箍作用地震循環(huán)荷載下材料特性的彈塑性損傷本構(gòu)模型，然后采用軟件對(duì)所述有限元模型進(jìn)行計(jì)算，通過獲取的建筑物最大層間位移角，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)要求的最大層間位移角限值要求評(píng)估建筑物的抗震性能，根據(jù)建筑物抗震性能的評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)建筑物的抗震措施。
文檔編號(hào)E04H9/02GK101881089SQ20101021300
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者于磊, 余敏, 查曉雄 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院