鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震倒塌破壞研究.pdf

1、任何情況下人的生命安全都是第一位的。強(qiáng)震作用下建筑物的倒塌造成的人員傷亡將引發(fā)一系列較財(cái)產(chǎn)損失更嚴(yán)重、更復(fù)雜的社會(huì)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的數(shù)次震害表明即使嚴(yán)格執(zhí)行抗震設(shè)計(jì)的建筑物也可能發(fā)生不同程度的倒塌破壞,大震不倒抗震設(shè)防目標(biāo)未充分實(shí)現(xiàn)的根本原因在于未對(duì)結(jié)構(gòu)倒塌破壞機(jī)理進(jìn)行深入研究,缺乏準(zhǔn)確的倒塌破壞臨界狀態(tài)定義和合理的倒塌破壞準(zhǔn)則。本文重點(diǎn)研究了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的倒塌破壞特點(diǎn)和破壞機(jī)理,建立了結(jié)構(gòu)倒塌破壞分析模型、臨界狀態(tài)、

2、破壞準(zhǔn)則,主要涉及以下工作:
　　深入分析總結(jié)了結(jié)構(gòu)倒塌破壞研究方法,已有倒塌破壞準(zhǔn)則本質(zhì)上是構(gòu)件設(shè)計(jì)的延伸,融入結(jié)構(gòu)思想的倒塌研究考慮了構(gòu)件、子結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)破壞的不確定性。薄弱區(qū)域的塑性變形集中是倒塌發(fā)生的根本原因,框架結(jié)構(gòu)塑性變形集中區(qū)域就是柱鉸大量充分發(fā)育的區(qū)域,此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布能力逐步下降,形成柱鉸破壞機(jī)制。創(chuàng)造性的提出了結(jié)構(gòu)域倒塌破壞分析模型和塑性鉸密度倒塌破壞準(zhǔn)則,在構(gòu)件、子結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)三個(gè)層面上對(duì)倒塌研究進(jìn)行了思考

3、和探索,建立了可行的倒塌研究分析思路和方法。
　　分析了結(jié)構(gòu)倒塌破壞特性并提出了結(jié)構(gòu)倒塌破壞分析模型,定義倒塌臨界狀態(tài)為地震作用下發(fā)生不同程度破壞后結(jié)構(gòu)的極限性能,以倒塌區(qū)間代替單一倒塌臨界值。根據(jù)同一層內(nèi)受損構(gòu)件的位置、破壞程度和數(shù)量等指標(biāo),將引起層倒塌的、破壞程度相近的同類(lèi)型構(gòu)件組合定義為倒塌關(guān)鍵區(qū)域,建立了域倒塌破壞分析模型。域失效是倒塌破壞發(fā)生的根本原因,真實(shí)反映了結(jié)構(gòu)整體性能的退化規(guī)律和特點(diǎn),適用于不同類(lèi)型的倒塌研究。<

4、br>　　對(duì)框架結(jié)構(gòu)的倒塌破壞機(jī)制和內(nèi)力重分布特性進(jìn)行深入分析,建議了基于柱鉸的倒塌破壞準(zhǔn)則。選取柱端塑性鉸發(fā)育為倒塌分析變量,根據(jù)塑性鉸發(fā)育程度、出現(xiàn)位置和數(shù)量等參數(shù)定義了塑性鉸密度倒塌破壞準(zhǔn)則。塑性鉸密度破壞準(zhǔn)則考慮了塑性鉸發(fā)育與結(jié)構(gòu)整體性能退化之間的相互關(guān)系。從構(gòu)件損傷、子結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)倒塌破壞三個(gè)層面上對(duì)倒塌破壞機(jī)理進(jìn)行了解釋和說(shuō)明。薄弱層內(nèi)一定量的柱鉸充分發(fā)育后,結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布能力喪失,子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可變機(jī)構(gòu),標(biāo)志著倒塌的開(kāi)始

5、。試驗(yàn)研究和有限元分析表明域模型和塑性鉸密度破壞準(zhǔn)則較準(zhǔn)確的解釋和定義了結(jié)構(gòu)倒塌臨界狀態(tài)、揭示了倒塌破壞機(jī)理。
　　結(jié)構(gòu)倒塌是由一定量的框架柱塑性變形集中引起的,柱端塑性變形是倒塌破壞研究的關(guān)鍵內(nèi)容,對(duì)框架柱的損傷和塑性變形程度量化進(jìn)行了研究:考慮滯回耗能與構(gòu)件損傷的相互關(guān)系提出了有效耗能理論,建立了考慮延性和有效耗能比例的改進(jìn)雙參數(shù)破壞準(zhǔn)則;研究了柱的截面破壞特性,在理論分析基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)回歸得出了框架柱的極限曲率計(jì)算公式,建立

6、了塑性鉸發(fā)育量化方法。
　　根據(jù)三榀平面框架的擬靜力試驗(yàn),建立了 OpenSees的纖維單元模型,進(jìn)行了框架結(jié)構(gòu)的反復(fù)加載試驗(yàn)驗(yàn)證,完成了基于塑性鉸密度破壞準(zhǔn)則的平面框架結(jié)構(gòu)倒塌計(jì)算分析,選取倒塌破壞區(qū)間(0.6,1.0)能夠準(zhǔn)確的定義倒塌破壞極限,倒塌破壞指數(shù)較好的反映了結(jié)構(gòu)的整體性能退化規(guī)律。選取114條地震波進(jìn)行了框架結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析,根據(jù)倒塌破壞指數(shù)大小從中選取了10條地震動(dòng)作為后續(xù)參數(shù)分析的地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。完成了不同層數(shù)、層