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地震性能评估
钢筋混凝土框架
Bahram M ・ Shahrooz 和Jack P. Moehie
ASCE成员
摘要：
给出了在抗矩钢筋混凝土框架的四分之一比例模型上进行的一系列地震模拟的实验结果，并利用测试结果检查了美国的一些地震设计规定。可以观察到，即使充分提供了漂移能力，设计过程也未能充分预期漂移的幅度。而且，该结构比代码设计力量所要求的强几倍。楼板的贡献，实际材料强度和详细要求被确定为超强度的重要来源。评估这些参数对整体性能的影响。
介绍：
在过去的二十年里，高地震活动性地区的钢筋混凝土框架的设计程序发生了巨大的变化。许多变化是从上世纪60年代及更早的所谓非延性框架的观察性能中推断出来的。还有一些是通过系统的实验室研究开发出来的。这些研究的结果是设计规范(统一1982年，ACI委员会318 1983年)，导致的建筑与过去的建筑有很大的不同。尽管新建筑通常被期望比过去的建筑物表现得更好，但必须认识到，许多新的比例和细节要求还没有经过美国严重地震地面运动的测试。因此，人们仍然关注最近建造的钢筋混凝土框架的抗震性能。这些问题包括实际刚度、强度和延性、破坏机制以及双轴横向响应的影响。为了研究这些效应，我们在一个六层的四分之一比例模型上进行了一项实验研究，该模型是一个两层一层的延性抗弯矩钢筋混凝土框架结构。结构设计有优势和刚度按照1982年统一建筑规范(哥伦比亚大学)(1982),和比例和细节满足抗震规定1983年ACI建筑规范(ACI - 318) (ACI委员会318 1983)和连接ACI-ASCE委员会建议352(352年通讯。)(ACI-ASCE委员会352 1985)。该结构在振动台进行了测试，基础运动先平行，然后倾斜到框架的主轴。本文对测试结构进行了设计、测试和分析。
（帝国理工学院系助理教授和环境，工程教授。辛辛那提大学工程系，鲍德温厅741号，辛辛那提市71号，邮编45221-0071。
工程系教授 加州大学伯克利分校工程系，加利福尼亚州94720。
注意：讨论开放至1990年10月1日。单独的讨论应细分。
在这个专题讨论会上为个别论文所接纳。要将截稿日期延长一个月，必须向期刊的ASCE经理提交书面申请。这篇论文的原稿于1989年2月15日提交审查并可能发表。这篇论文是《结构工程学报》的一部分。）
通过实验和评估来评估详细要求分析结果。
测试结构
该测试结构代表了一个六层高，两格乘两格的钢筋混凝土延性抗弯框架，建造比例为1-4。测试结构的整体几何结构如图1所示。针对测试结构的完整比例版本进行了设计，并使用0.25的长度因子对所有相关量进行了缩放。该设计的细节在其他地方给出（Shahrooz和Moehle 1987）。这里提供摘要。
设计重力载荷包括自重和40 psf（1,915 Pa）的服务活动载荷。使用模态频谱分析仪确定抗震设计效果ysis.设置设计光谱纵坐标，以使第一模态基本剪力等于UBC（统一1982）对位于区域4中的延性阻力矩空间框架所要求的设计基本剪力。地震设计作用是通过三维确定的弹性分析模型，基于柱的总截面构件特性和梁的总未开裂抗弯刚度的一半。（对于“ T”形截面，其挠曲刚度大约被考虑在内，对于外部梁，其有效翼缘宽度为b D，对于内部梁，其有效翼缘宽度为b 2D，其中b为梁腹板宽度，D为梁深度减去板厚。）模态光谱响应量是独立计算的，用于沿结构的两个主轴输入。
框架6
45'
框架4,5
立面图
框架3
平面图
图1.测试结构（注：1英寸= 25.4毫米）
1404
使用CQC方法将沿给定轴的静态模态量合并（Wilson和Der Kiureghian 1981）。计算的基础剪切系数科学家（无负载系数）分别为平行于长轴方向和垂直于长轴方向的0.13W和0.12W，其中W是结构的自重ture.在这两个方向上计算的屋顶位移分别为0.00092H和0.00056H，其中H为总结构高度。计算得到的最大层间漂移为0.0012 / z和0.001h，其中h为层间高度。
采用CQC方法（Wilson和DerKiureghian，1981）将沿给定轴的振动模态量组合起来。计算基剪系数（无荷载系数）分别为0.13W和0.12W 分别向长方向横向，其中W是结构的自重。在这两个方向上，计算出的屋顶位移分别为0.00092H和0.00056H，其中H为总强度 建筑高度。最大计算层间漂移为0.0012/z和O.0.010h，其中h是层间高度。
选择了成员比例和细节，以满足ACI-318附录A（ACI委员会318，1983）的地震规定。连接设计遵循ACI-ASCE委员会的352项建议（ACLASCE Committee3521985）。设计混凝土强度为4000psi（27.6MPa），所有钢筋复制60级钢[最小屈服应力为60ksi（414MPa）]。典型的柱和梁详细信息如图2所示。[＃1和＃2钢筋的直径分别为0.178英寸（4.52毫米）和0.25英寸（6.35毫米）。] 沿长方向延伸的光束为0.41％和0.66％，而沿短方向延伸的光束介于0.36％和0.72％之间。外柱和内柱的总钢面积分别等于总面积的1.5％和2.3％。除中央支柱外，支柱的纵向钢筋在整个高度上都是连续的，为此，钢筋在第一层和第二层之间以及第三层和第四层之间进行拼接。搭接长度（13英寸或330毫米）是根据Sivakumar等人（1983）的建议确定的。
假定在构件端部形成挠性铰链，再加上重力载荷，则梁的最大标称剪应力范围为2.4V/J至4.22A？fI，柱的最大标称剪切应力为3.9V/I至5.8f°r。接头处柱与梁抗弯强度之和的比率在1.6到2.8之间，而Comm建议的最小值为1.4。352.内部接头的设计接头剪切应力范围为11.0V/7到13.1V/7，外部接头为3.5V7I，角部接头为2.5V7T。这些值与推荐的设计强度（标称强度通过强度减小因子0.85减小）（分别为12.8V^J和10.2v7Iraquo;）相比较。
测试和仪器说明
测试包括预先进行的不同强度的地震模拟降低并进行低振幅自由振动测试。地震模拟分两个阶段进行。单向水平底座平行于长方向框架或相对于框架的主轴以45°的角度施加位置。振动台的输入信号模拟了1940年El Centro记录（用于单轴测试ECOU，EC17U和EC49U，以及双轴测试EC48U），1978年Miyagi-Ken-Oki S00E记录（用于双轴测试MO63B）的加速度历史记录，以及
表1：极值
|
实验(1) |
基本加速度 (g) (2) |
最佳位移 |
层间漂移 |
基础剪力 |
基础时刻 |
||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
纵向(3) |
横向(4) |
纵向(5) |
横向(6) |
纵向(7) |
横向(8) |
纵向(9) |
横向(10) |
||
|
EC08U |
0.077 |
0.27 (0.13) |
—— |
0.073 (0.20) |
— |
12.9 (0.18) |
— |
1,650 |
— |
|
EC17U |
0.166 |
0.62 (0.29) |
— |
0.16 (0.44) |
— |
25.0 (0.35) |
— |
3,310 |
— |
|
EC49U |
0.493 |
2.48 (1.15) |
— |
0.56 (1.56) |
— |
49.0 (0.68) |
— |
6,090 |
— |
|
EC48B |
0.477 |
1.89 (0.88) |
2.26 (1.05) |
0.41 (1.14) |
0.54 (1.50) |
28.4 (0.39) |
31.8 (0.44) |
4,170 |
4,390 |
|
MO63B |
0.634 |
3.23 (1.50) |
4.68 (2.17) |
0.72 (2.00) |
1.09 (3.03) |
43.0 (0.60) |
36.1 (0.50) |
6,120 |
5,050 |
|
MX35B |
0.346 |
4.35 (2.01) |
4.36 (2.02) |
1.19 (3.31) |
1.01 (2.81) |
46.6 (0.65) |
28.4 (0.39) |
6,460 |
3,510 |
a屋顶位移，以英寸为单位的值，括号内的值表示为总高度的百分比。
b层间位移，以英寸为单位的值，带括号的值表示为层间高度的百分比。
c基本剪切力，以千磅为单位的值，带括号的值表示为总重量的百分比。
d 基础力矩，以kip-in为单位的值。
注意：1英寸=25.4毫米;1kip=4,450N。
如表1所示。1985年SCT墨西哥城S60E记录（用于双轴测试MX35B），其强度低于以前的测试强度，并记录在其他地方（Shahrooz和Moehle 1987）。代表比例缩放后的原型记录的典型表加速度历史记录在图3中。除最终测试外，原型记录的持续时间压缩了两倍，因此基本运动和比例模型的频率内容将大致一致。对于测试MX35B，墨西哥城的记录压缩了三倍，以有效地确定测试结构并达到目标损坏状态。
总共126个数据通道记录了振动台的运动。水平加速度和地板的相对位移以及选定的梁和柱纵梁上的应变。每个数据通道以0.005秒的间隔数字记录数据。
测试结构的响应
表1总结了峰响应量，以下小节总结了常规响应观察结果。
屋顶位移（英寸）
2.50
1-25
0.0
-1.25
-2.50
屋顶加速度（克）
-60
-2.50
-1.25 0.0
1.25 2.50
0.0
1laquo;25 2.50
屋顶位移（英寸）
图5. EC49U测试期间的屋顶位移基准剪切关系（注：1英寸= 25.4毫米，1基普= 4,450 N）
-60
-2.50 -1.25
■骂.50 -1.25
对单向测试的响应
在EC08U和EC17U每次测试后观察到的损坏没有发现明显的开裂，并且峰值强化应变低于屈服应变。 尽管这些测试的强度较低至中等，并且损坏程度有限，但两个测试的最大响应量（表1）仍超过了特性设计值。
最后的单轴测试（EC49U）具有0.49 g的相对较高的峰
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