鋼筋混凝土框架結構地震倒塌破壞研究.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)一系列較財產損失更嚴重、更復雜的社會問題和經濟問題。近年來國內外的數(shù)次震害表明即使嚴格執(zhí)行抗震設計的建筑物也可能發(fā)生不同程度的倒塌破壞,大震不倒抗震設防目標未充分實現(xiàn)的根本原因在于未對結構倒塌破壞機理進行深入研究,缺乏準確的倒塌破壞臨界狀態(tài)定義和合理的倒塌破壞準則。本文重點研究了鋼筋混凝土框架結構的倒塌破壞特點和破壞機理,建立了結構倒塌破壞分析模型、臨界狀態(tài)、

2、破壞準則,主要涉及以下工作:
　　深入分析總結了結構倒塌破壞研究方法,已有倒塌破壞準則本質上是構件設計的延伸,融入結構思想的倒塌研究考慮了構件、子結構、結構破壞的不確定性。薄弱區(qū)域的塑性變形集中是倒塌發(fā)生的根本原因,框架結構塑性變形集中區(qū)域就是柱鉸大量充分發(fā)育的區(qū)域,此時結構內力重分布能力逐步下降,形成柱鉸破壞機制。創(chuàng)造性的提出了結構域倒塌破壞分析模型和塑性鉸密度倒塌破壞準則,在構件、子結構、整體結構三個層面上對倒塌研究進行了思考

3、和探索,建立了可行的倒塌研究分析思路和方法。
　　分析了結構倒塌破壞特性并提出了結構倒塌破壞分析模型,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構的極限性能,以倒塌區(qū)間代替單一倒塌臨界值。根據(jù)同一層內受損構件的位置、破壞程度和數(shù)量等指標,將引起層倒塌的、破壞程度相近的同類型構件組合定義為倒塌關鍵區(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,真實反映了結構整體性能的退化規(guī)律和特點,適用于不同類型的倒塌研究。<

4、br>　　對框架結構的倒塌破壞機制和內力重分布特性進行深入分析,建議了基于柱鉸的倒塌破壞準則。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則。塑性鉸密度破壞準則考慮了塑性鉸發(fā)育與結構整體性能退化之間的相互關系。從構件損傷、子結構破壞和結構倒塌破壞三個層面上對倒塌破壞機理進行了解釋和說明。薄弱層內一定量的柱鉸充分發(fā)育后,結構的內力重分布能力喪失,子結構轉化為可變機構,標志著倒塌的開始

5、。試驗研究和有限元分析表明域模型和塑性鉸密度破壞準則較準確的解釋和定義了結構倒塌臨界狀態(tài)、揭示了倒塌破壞機理。
　　結構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鍵內容,對框架柱的損傷和塑性變形程度量化進行了研究:考慮滯回耗能與構件損傷的相互關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雙參數(shù)破壞準則;研究了柱的截面破壞特性,在理論分析基礎上通過數(shù)據(jù)回歸得出了框架柱的極限曲率計算公式,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,建立了 OpenSees的纖維單元模型,進行了框架結構的反復加載試驗驗證,完成了基于塑性鉸密度破壞準則的平面框架結構倒塌計算分析,選取倒塌破壞區(qū)間(0.6,1.0)能夠準確的定義倒塌破壞極限,倒塌破壞指數(shù)較好的反映了結構的整體性能退化規(guī)律。選取114條地震波進行了框架結構的時程分析,根據(jù)倒塌破壞指數(shù)大小從中選取了10條地震動作為后續(xù)參數(shù)分析的地震動數(shù)據(jù)庫。完成了不同層數(shù)、層