考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震倒塌破壞仿真分析.pdf

1、　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震研究大多采用剛性地基假定，沒有充分考慮土層對地震波的過濾和放大效應(yīng)，同時對上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析主要集中在彈塑性變形階段，真正實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞以后的研究較少，因此進行考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌破壞分析和研究具有一定的重要性和實際意義。
　　本文通過對大量相關(guān)文獻的概括總結(jié)，評述了國內(nèi)外對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌研究的現(xiàn)狀與發(fā)展水平，對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的數(shù)值方法進行歸納總結(jié)，基于結(jié)構(gòu)抗

2、震理論確定了動力相互作用體系的分析模型。在研究土體材料和鋼筋混凝土材料本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，確定適合土-結(jié)構(gòu)動力相互作用體系地震倒塌分析的材料本構(gòu)模型，特別是在鋼筋混凝土材料模型中引入損傷破壞限值，利用LS-DYNA軟件中的Mat_Concrete_Damage材料模型及 Erosion 算法，以綜合考慮混凝土材料的損傷軟化、應(yīng)變率效應(yīng)、斷裂失效等多種特性，模擬鋼筋混凝土材料在地震作用下的破壞情況。通過閱讀大量文獻，確定出適合于倒塌破壞研究

3、的各種材料模型參數(shù)。
　　建立土-結(jié)構(gòu)動力相互作用體系的有限元分析方案。通過合理的選取單元，輸入地震動參數(shù)及考慮重力等因素的影響，建立了剛性地基及考慮土-結(jié)構(gòu)動力相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)三維動力有限元分析模型。利用仿真程序模擬得到的裂縫分布及破壞過程與振動臺試驗的結(jié)果十分吻合，證明用LS-DYNA軟件對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行倒塌破壞研究是可行的。通過對剛性地基條件與考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用兩種情況下框架結(jié)構(gòu)從變形、開裂直至最終倒

4、塌的全過程進行對比分析，得出如下主要結(jié)論：
　　(1)剛性地基條件下五層、十層、十五層框架結(jié)構(gòu)的各個樓層加速度峰值在不同剛度條件下沿高度的變化趨勢大致相同。頂層加速度峰值隨結(jié)構(gòu)剛度的增大而增大，結(jié)構(gòu)的層數(shù)越多，頂層加速度峰值相對地面的放大系數(shù)越大；
　　(2)剛性地基條件下結(jié)構(gòu)首個破壞點出現(xiàn)的時間隨剛度的增大有所延遲。在相同剛度條件下，層數(shù)越多結(jié)構(gòu)破壞越快。五層框架結(jié)構(gòu)的初始破壞點均出現(xiàn)在底層邊框架的梁底柱邊，十層和十五

5、層框架結(jié)構(gòu)的首個破壞點則出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的上部樓層，這主要是由于結(jié)構(gòu)高振型的影響；
　　(3)土-結(jié)構(gòu)動力相互作用體系的自振頻率低于剛性地基時結(jié)構(gòu)的自振頻率，且硬土地基時體系的自振頻率高于軟土地基。相對于剛性地基條件，水平加速度峰值沿樓層的變化更加均勻，加速度峰值在大多數(shù)樓層有所折減，但在十層和十五層框架結(jié)構(gòu)中個別樓層也出現(xiàn)了折減系數(shù)大于1的情況，因而剛性地基假定下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計并不一定安全；
　　(4)土-結(jié)構(gòu)相互作用體系相

6、比剛性地基出現(xiàn)破壞點的時間有所延遲，同時硬土地基條件下的多數(shù)結(jié)構(gòu)破壞點出現(xiàn)的時間早于軟土地基，說明軟土地基時相互作用的效果比較明顯。上部結(jié)構(gòu)的初始破壞位置均出現(xiàn)在框架底層的梁底柱邊，與剛性地基的情況不完全一致。裂縫情況與剛性地基時相比發(fā)展的要少一些，同時體系在輸入地震波后，發(fā)生了整體沉降的現(xiàn)象，在軟土地基條件下沉降更為嚴重；
　　(5)在地震作用下所有模型結(jié)構(gòu)的各層梁柱交替發(fā)生破壞，屬于混合倒塌機制。下部樓層破壞較為嚴重，這主要