大跨空間結(jié)構(gòu)地震整體損傷與倒塌安全儲備.pdf

1、近年來地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生造成大量基礎(chǔ)設(shè)施和民用建筑倒塌，使得人們更加關(guān)注結(jié)構(gòu)體系的抗震性能問題。大跨空間結(jié)構(gòu)由于其跨越大跨度空間的優(yōu)異能力和良好的建筑功能特性，在交通、文化、體育等行業(yè)建筑中得到了廣泛的工程應(yīng)用，且在地震發(fā)生時往往作為緊急避難場所。有必要對該結(jié)構(gòu)類型的地震損傷演化和抗地震倒塌能力進行深入研究，這對大跨空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的不斷完善和發(fā)展，以及既有大跨結(jié)構(gòu)的加固等都將起到一定指導作用。大跨空間結(jié)構(gòu)又是對外形變化敏感的結(jié)構(gòu)，

2、初始缺陷將會對其抗震性能產(chǎn)生很大影響，甚至影響其強震下的失效模式，如何結(jié)合建議損傷模型去判別大跨空間結(jié)構(gòu)失效模式并評估初始缺陷的影響是很重要的問題。針對上述問題，本文做了如下工作:
　　(1)針對大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，本文提出了一種具有一定物理含義的宏觀整體地震損傷模型。定義模態(tài)損傷為結(jié)構(gòu)在地震前后狀態(tài)下產(chǎn)生相同增量振型位移所能儲存能量大小的損失比重，以基于模態(tài)損傷獨立性假定的H組合方式組合多階模態(tài)損傷得到了整體多模態(tài)損傷模型。最小組

3、合項數(shù)以最大節(jié)點位移作為關(guān)鍵反應(yīng)量來確定，并運用線性模態(tài)置信準則(LMAC)考慮網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中普遍存在的模態(tài)躍遷現(xiàn)象。算例分析表明，通過建議地震整體損傷模型得到的整體損傷發(fā)展規(guī)律和最大節(jié)點位移曲線保持較好地一致性，且當足夠多的模態(tài)損傷考慮進來時，整體損傷指數(shù)曲線呈現(xiàn)典型五階段S型發(fā)展規(guī)律。某種程度上，建議損傷模型可以認為是FS模型的一種延伸拓展。
　　(2)通過多模態(tài)整體損傷模型對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)初始缺陷損傷進行了定量評估，發(fā)現(xiàn)初始缺陷損傷具

4、有顯著多模態(tài)特性。結(jié)合定性的量綱分析方法，推導了初始缺陷損傷指數(shù)與缺陷幅值之間的二次函數(shù)關(guān)系。分別以振動模態(tài)、重力荷載下的變形等作為缺陷形狀對某凱威特網(wǎng)殼和施威德勒網(wǎng)殼施加初始缺陷，驗證了這種二次關(guān)系，且發(fā)現(xiàn)施威德勒網(wǎng)殼比凱威特網(wǎng)殼對缺陷更為敏感。缺陷對結(jié)構(gòu)抗震能力的影響并非總是不利的，在缺陷幅值比較小的情況下有可能增強結(jié)構(gòu)抗震能力。之后，以建議損傷模型去判定網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌破壞模式，如果整體損傷指數(shù)達到0.98之后結(jié)構(gòu)才倒塌，即經(jīng)歷了A4

5、-A5段，則此種倒塌破壞屬于強度破壞;如果整體損傷指數(shù)小于0.98，稍微增加地震動強度，整體損傷指數(shù)就達到1.0或計算不收斂，結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，則此種倒塌屬于失穩(wěn)破壞。初始缺陷達到一定程度時會改變網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失效模式，對其抗震能力產(chǎn)生很大影響，建議在設(shè)計和施工過程中要合理地控制初始缺陷大小。
　　(3)通過上述整體損傷模型判別大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)臨界倒塌點，進一步提出了考慮一致倒塌概率的大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌安全儲備計算方法。以標準正態(tài)分布作為

6、倒塌概率密度函數(shù)，采用指數(shù)型分布函數(shù)描述地震危險性，在假定大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特大震倒塌率限值為10％的情況下，將兩者積分最終得到了適用于大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的50年內(nèi)一致倒塌概率限值0.68％，低于針對普通房屋建筑結(jié)構(gòu)50年內(nèi)一致倒塌概率1％的限值。在定義大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特大地震強度水平的基礎(chǔ)上，引入一致倒塌概率對其進行了修正。根據(jù)修正特大震強度，最終提出了針對大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲備系數(shù)(CMR)計算方法，這種做法可以使所做的抗倒塌設(shè)