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(chǎng)、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(jì)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(shí)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(shí)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(dòng)特性，尤其是近場(chǎng)脈沖地震動(dòng)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(duì)于模擬

3、框架結(jié)構(gòu)倒塌過(guò)程中出現(xiàn)的大應(yīng)變、大位移以及接觸碰撞等問(wèn)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(shí)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(duì)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(guò)程，與實(shí)際震害對(duì)比符合較好，驗(yàn)證了該模型的有效性和可靠性。為研究不同類型地震動(dòng)記錄對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響，分別輸入不同強(qiáng)度的地震動(dòng)記錄，對(duì)比發(fā)現(xiàn)地震動(dòng)輸入強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)有影響;分別輸入兩

4、條近場(chǎng)地震動(dòng)和兩條遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)進(jìn)行時(shí)程分析，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)近場(chǎng)地震動(dòng)記錄下結(jié)構(gòu)反應(yīng)差別較大，近場(chǎng)地震動(dòng)下破壞更為嚴(yán)重;分別輸入兩條近場(chǎng)非脈沖地震動(dòng)和兩條近場(chǎng)脈沖地震動(dòng)進(jìn)行時(shí)程分析，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)脈沖地震動(dòng)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(chǎng)地震動(dòng)記錄，進(jìn)行單自由度體系的滯回耗能時(shí)程分析，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)近場(chǎng)地震動(dòng)記錄下單自由度體系的滯回耗能需求存在明顯差異，近場(chǎng)地震

5、動(dòng)對(duì)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(dòng)特性和結(jié)構(gòu)自身特性兩方面分析不同參數(shù)對(duì)滯回耗能速度譜的影響。研究表明，近遠(yuǎn)場(chǎng)、地震動(dòng)的強(qiáng)度、場(chǎng)地條件對(duì)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(duì)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(dòng)對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)耗能的影響，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)近場(chǎng)地震動(dòng)和遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)的耗能情況明顯不同，近場(chǎng)地震動(dòng)對(duì)框架結(jié)構(gòu)的滯回耗能需求要求更