強震作用下混凝土結構的整體損傷演化與倒塌安全儲備.pdf

1、發(fā)展合理的整體損傷模型來評估結構在地震作用下的損傷程度，以及在此前提下對強震作用下結構倒塌安全儲備能力的正確評估，對于完善現(xiàn)行抗震設計方法具有積極意義。合理應用倒塌安全儲備系數(shù)(CMR)，對于實現(xiàn)結構的抗倒塌設計，以及耗能減震結構、銹蝕結構等特殊結構的加固均具有一定的指導作用。本文以結構的地震整體損傷和倒塌安全儲備兩個關鍵問題為主線，針對目前整體損傷模型所存在的問題提出了考慮多階模態(tài)的結構整體損傷模型;對結構倒塌安全儲備能力評估中所涉及

2、到的地震動強度指標的選擇、地震波等因素做了相應的討論;圍繞著結構的倒塌安全儲備能力，討論了其在結構抗倒塌設計中的應用，并對耗能減震結構及銹蝕結構的倒塌安全儲備能力及其應用做了相關的研究。主要研究內容和結論如下：
　?、沤Y合模態(tài)Pushover分析方法中的相關公式，以及FEMA273中剛度與周期之間的關系式，由Ghobarah損傷模型推導了能夠考慮高階模態(tài)對結構整體損傷貢獻的多模態(tài)整體損傷模型。該模型為Ghobarah損傷模型和最終

3、軟化指標法之間建立起了聯(lián)系的橋梁，能夠同時考慮地震前后結構振型和各階周期的變化對結構整體損傷的影響。分析表明，隨著結構高度的增加，以及強震作用下結構非線性程度的加劇，會有更多的高階模態(tài)對結構的整體損傷產生影響，因而，在結構損傷計算過程中，考慮高階模態(tài)對整體損傷的影響是十分必要的;通過與其他模型進行對比驗證了多模態(tài)損傷模型的合理性，該模型易于使用，其對于強震作用下結構的損傷評估具有較好的適用性。
　?、铺岢隽藢Σ煌芷诙蔚慕Y構，應采

4、用符合結構特點的地震動強度指標來評估結構的倒塌安全儲備能力;并且應該根據(jù)地震動年平均超越概率以及地震波譜形狀差異對CMR值進行修正。分析表明，當考慮基本周期延長時，對于中短周期結構，地震動強度指標建議采用考慮周期軟化的譜加速度指標Sa*代替基本周期譜加速度指標Sa(T1);對于中周期結構，Sa(T1)和Housner譜強度指標SI均較為適用;對于長周期結構，采用SI會明顯優(yōu)于Sa(T1);對重要的長周期結構，應結合特定的場地譜來確定結構

5、的CMR值，否則很可能會高估了結構的倒塌安全儲備能力。
　?、墙Y合多模態(tài)整體損傷模型，建立了利用倒塌安全儲備的薄弱層抗倒塌設計方法。探討了結構在強地震動作用下倒塌狀態(tài)所對應的最大層間位移角大小和出現(xiàn)位置的不確定性，以及不同峰值地面加速度水平下結構薄弱層位置的演化規(guī)律。分析表明，對于嚴格按規(guī)范最低標準設計的不同層數(shù)的結構，由于高階模態(tài)參與結構響應，造成了結構極限層間位移角的差異;通過對倒塌狀態(tài)下薄弱層的有效控制，可以提高結構的倒塌安

6、全儲備系數(shù);此外，就本文算例而言，結構倒塌狀態(tài)下的最大層間位移角與結構倒塌安全儲備之間存在一定的正相關關系。
　?、柔槍哪軠p震結構的特點，提出了基于Pushover分析的倒塌安全儲備系數(shù)的確定方法。該方法通過耗能減震結構罕遇地震下的譜加速度值，并結合Pushover分析得到的倒塌地震動強度來確定耗能減震結構的CMR。分析表明，確定耗能減震結構罕遇地震下的譜加速度值時，有必要考慮結構基本周期及罕遇地震下的總阻尼比的變化;該方法在顯

7、著提高計算效率的同時，計算結果偏于保守地合理，并且也證實了添加耗能器后結構大震下的抗震能力和倒塌安全儲備能力都有了明顯的提升。
　?、赏ㄟ^銹蝕結構損傷發(fā)展趨勢的分析，并考慮了罕遇地震譜加速度值受剩余使用年限影響等方面，來確定銹蝕結構的倒塌安全儲備能力;結合了銹蝕結構CMR時變性的特點來實現(xiàn)其FRP加固。分析表明，由于銹蝕結構存在初始損傷，以及鋼筋粘結滑移的影響，銹蝕結構的損傷發(fā)展明顯快于完好結構;對于銹蝕結構應該根據(jù)結構的剩余使用