框架结构抗震性能指标研究综述

王同成，王宁

山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266590

摘要：研究框架结构抗震性能指标对于评估框架结构整体抗震性能来说是非常的重要理论依据，本文就框架结构在进行低周反复荷载试验时的抗震性能指标进行了综合性的整理和探讨，其中主要包括框架结构的滞回特性、延性、刚度退化和耗能能力等，这些抗震性能指标参数对于研究和评估框架结构的抗震性能，具有非常重要的理论和实际意义。

关键词：框架结构、抗震性能、评估指标

1引言

根据目前大量地震自然灾害统计表明，许多框架结构建筑物在遭遇地震自然灾害时，大多数都经历了相当大的非弹性变形，框架结构房屋在现有的建筑物中占有较大的比例，严重的地震自然灾害给人类的生命和财产都造成了巨大的损失。

2框架结构抗震性能指标

2.1滞回曲线

对于滞回曲线的定义通常是指结构在进行低周反复荷载试验时，水平荷载P与水平位移△之间的关系曲线，即为P-△曲线，也就是我们所常说的滞回曲线。滞回曲线是用来描述当结构撤去了外荷载之后，恢复至原有状态的能力，因此通常也被称之为恢复力特性曲线。

当在进行低周反复荷载试验时，初始阶段的水平位移较小时，框架结构处于弹性阶段，荷载和位移呈现的基本都是线性关系；随着水平位移的不断增加，两者不再具有线性关系，说明这时框架结构已经进入了塑性阶段，滞回环的面积也将会变得越来越大，耗能能力也开始逐渐不断增大，因此滞回曲线是研究框架结构抗震性能反应的最重要指标。

2.2骨架曲线

对于骨架曲线的定义是指将结构进行低周反复荷载试验时的各次加载的荷载滞回曲线的最大值点依次相连接起来，即可得到对应试件的骨架曲线。

通过骨架曲线我们可以分析出结构的承载能力以及变形能力，能够直观地反映出评估结构抗震性能的一部分重要指标和重要特征值^[1]。骨架曲线是进行结构非线性抗震分析的重要基础，因此骨架曲线是研究非弹性地震反应的非常重要的指标参数。

利用骨架曲线的变化，可根据弹塑性等效能量法计算，如图所示，初始阶段OD为结构的弹性阶段，过骨架曲线的峰值点A分别做水平方向和竖直方向的垂线，再过原点作直线与骨架曲线相交于B点，使得曲边三角形OBD的面积与曲边三角形ABC的面积相等，则B点所对应的荷载和位移即为屈服荷载P_y和屈服位移△y；A点所对应的荷载和位移即为峰值荷载P_m和峰值位移△_m；作水平线使得P_u=0.85P_m,且水平线与骨架曲线相交于E点，则E点的所对应的荷载和位移即为极限荷载P_u和极限位移△_u。

图2.1 骨架曲线特征点

2.3位移延性

延性是反映框架结构塑性变形能力的一个重要指标参数，也是评估框架结构抗震性能和抗震能力的重要指标参数之一^[2]，描述延性常用的参数有延性比、位移延性系数、延性系数、曲率延性系数、转角延性系数。

2.4刚度退化

评估结构的抗震性能与其刚度也存有一定的关系，结构整体或者构件发生损伤必然会导致其刚度的下降，框架结构在低周反复荷载作用下的水平荷载P与框架顶端位移△的比值通常用来表示结构刚度衰减的变化情况^[3]。

2.5耗能

框架耗能能力主要可由以下的指标表示：

1）滞回环所围面积

在进行低周反复荷载试验时，框架结构在作动器作用下加载和卸载的过程中分别需要吸收能量和释放能量，两者之间的能量差值即为框架结构在一次荷载循环中所消耗的能量值，其值大小等于水平荷载和位移所围成的滞回环面积。

2）能量耗散系数E

图2.2 荷载-位移曲线滞回环

式中：

S_(ABC+CDA)表示的是滞回环的面积；

S_(OBE+ODF)表示的是三角形OBE和三角形ODF面积之和。

3）等效粘滞阻尼系数

等效粘滞阻尼系数随着位移的增加而不断增大；等效粘滞阻尼系数越大则说明结构的耗能能力越强。

功比指数

功比指数是1997年美国Jirsa等人提出用来评估试件的耗能能力的一个重要指标。功比指数表示塑性铰区在加载阶段吸收能量的指标，数值越大则表示的吸收能量的能力越强。

3结语

根据以往不同学者对于框架结构的研究及相关试验成果，本文系统地介绍了关于评估框架结构抗震性能的相关指标及参数，将为评估框架结构抗震性能提供重要理论依据。

参考文献：

[1]袁辉辉,吴庆雄,陈宝春,蔡慧雄.平缀管式等截面钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线计算方法[J].工程力学,2016,33(12):206-216.

[2]叶倩.建筑结构抗震试验方法综述[J].科技信息,2008(31):480+501.

[3]马军卫. 新型全装配式混凝土框架—剪力墙结构抗震性能研究[D].东南大学,2018.