区域激励场内RC框架破坏机制及抗倒塌能力研究

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随着对近年来历次大地震中结构震害特征的认识,地震作用下结构的抗倒塌性能开始受到了广泛关注。现阶段对结构地震倒塌性能分析时,通常选用某种特定类型的地震动作为激励。然而,真实地震发生时其波及范围较大,而且在地震动传播过程中往往会经过多个不同特征的区域场地,可能引起差异较大的不同区域激励模式。所以特定的单一激励,无法用于更加全面地揭示结构地震倒塌的外部激励机制,对完善结构的抗倒塌设计缺乏一定的指导意义。因此,本文将结构的倒塌问题围绕在地震影响的区域激励场内进行分析展开,对区域激励场内的地震动特性,结构的破坏倒塌机制以及影响结构倒塌的原因等几方面进行了研究和分析。具体工作如下:  (1)引入区域激励场的概念,搜寻并建立不同地震区域的激励模式,为区域激励场内结构的倒塌分析提供依据。总结并分析了目前国内外对区域激励场以及结构地震倒塌机理方面的研究成果及动向。通过近年来大地震中房屋建筑的震害情况,引出了对 RC结构抗震性能的关注,并重点对区域激励场内结构倒塌分析的意义进行了阐述。  (2)借助有限元分析手段以及 MSC.MARC非线性分析平台,能够模拟结构在地震区域激励场内的变形破坏情况。动力增量分析(IDA)方法可以实现结构在地震作用下的动力响应过程,并较好地克服因为地震力简化而带来的诸多问题。选用结构抗倒塌能力评估指标则更为直观地反映出区域激励场内结构的抗倒塌性能。  (3)选取一次实际地震发生的影响区域,并根据震中距的远近选取地震动记录以代表不同区域激励场。通过对典型 RC框架结构进行整体响应分析,总结出不同区域内的地震动特性。  (4)利用既有 MSC.MARC软件二次开发程序,对区域激励场内结构受震后的损伤破坏部位进行模拟,并结合近年来历次大地震造成的结构震害特征,总结了致使 RC结构发生倒塌的4种典型破坏机制。采用基于 I DA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了区域激励场内不同破坏机制的 RC结构倒塌易损能力及抗倒塌安全储备系数。  (5)提出以构件易损性及重要性为基础的结构鲁棒性计算方法,以此定量分析结构在近场激励下的抗连续倒塌性能。相比于层间位移角等结构的整体响应指标,鲁棒性更能直观地反映出结构在近场激励内的状态,速度脉冲型近场地震动会对结构构件的易损性与重要性造成更显著的影响,从而降低了整体结构的鲁棒性,对结构的安全使用造成了更为不利的影响。并依此提出了增强结构抗连续倒塌鲁棒性的措施。
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