高烈度區(qū)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)底層倒塌模擬研究.pdf

1、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，很多學(xué)校、商場、火車站等公用設(shè)施都采用這一結(jié)構(gòu)形式，因此，框架結(jié)構(gòu)的震害受到普遍關(guān)注。地震引起的結(jié)構(gòu)倒塌是巨大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的最主要原因，其中以高烈度區(qū)的倒塌破壞現(xiàn)象最為嚴(yán)重。因此，從高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬中總結(jié)和分析結(jié)構(gòu)的破壞方式和機(jī)理具有重要意義，也為高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和減災(zāi)工作奠定基礎(chǔ)。為此，本文開展相關(guān)研究，工作內(nèi)容如下。
　　首先從實際震害調(diào)查和震害圖片中展現(xiàn)

2、了數(shù)次大地震中框架結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)和震害情況，并總結(jié)了框架結(jié)構(gòu)倒塌的研究現(xiàn)狀。從集集地震、阪神地震和汶川地震等幾次大地震的實際震害中可以看出，高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)的破壞多數(shù)首先發(fā)生在底層框架柱的頂端，而后引起結(jié)構(gòu)底層整體倒塌。目前國內(nèi)外對框架結(jié)構(gòu)倒塌的研究主要分為兩類:一類是結(jié)構(gòu)的整體性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次的研究;另一類是地震動特性，尤其是近場脈沖地震動特性的研究。
　　數(shù)值模擬是研究結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的重要方法，考慮到LS-DYNA軟件對于模擬

3、框架結(jié)構(gòu)倒塌過程中出現(xiàn)的大應(yīng)變、大位移以及接觸碰撞等問題效果很好，因此本文采用該軟件建立了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的倒塌分析模型，選取汶川地震中有實際震害的兩棟鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用所建立的分析模型對其進(jìn)行地震反應(yīng)分析，得到了框架結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)的破壞狀態(tài)和倒塌過程，與實際震害對比符合較好，驗證了該模型的有效性和可靠性。為研究不同類型地震動記錄對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響，分別輸入不同強(qiáng)度的地震動記錄，對比發(fā)現(xiàn)地震動輸入強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)的反應(yīng)有影響;分別輸入兩

4、條近場地震動和兩條遠(yuǎn)場地震動進(jìn)行時程分析，對比分析發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)近場地震動記錄下結(jié)構(gòu)反應(yīng)差別較大，近場地震動下破壞更為嚴(yán)重;分別輸入兩條近場非脈沖地震動和兩條近場脈沖地震動進(jìn)行時程分析，對比分析發(fā)現(xiàn)脈沖地震動記錄下結(jié)構(gòu)反應(yīng)明顯增大。
　　為研究地震荷載作用下彈塑性單自由度體系的滯回耗能需求，分別輸入多條不同的近遠(yuǎn)場地震動記錄，進(jìn)行單自由度體系的滯回耗能時程分析，對比分析發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)近場地震動記錄下單自由度體系的滯回耗能需求存在明顯差異，近場地震

5、動對體系滯回耗能需求要求更高。提出了單自由度體系的滯回耗能速度譜的概念，并分別從地震動特性和結(jié)構(gòu)自身特性兩方面分析不同參數(shù)對滯回耗能速度譜的影響。研究表明，近遠(yuǎn)場、地震動的強(qiáng)度、場地條件對體系的滯回耗能需求有明顯影響，單自由度體系的阻尼比對滯回耗能速度譜有明顯影響。
　　為進(jìn)一步研究不同類型地震動對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)耗能的影響，對比分析發(fā)現(xiàn)近場地震動和遠(yuǎn)場地震動作用下結(jié)構(gòu)的耗能情況明顯不同，近場地震動對框架結(jié)構(gòu)的滯回耗能需求要求更