高烈度区钢筋混凝土框架结构底层倒塌模拟研究

发布时间：2018-04-10 17:18

本文选题：钢筋混凝土框架 + 底层倒塌　；参考：《中国地震局工程力学研究所》2017年硕士论文

【摘要】：钢筋混凝土框架结构是应用最广泛的结构形式之一,很多学校、商场、火车站等公用设施都采用这一结构形式,因此,框架结构的震害受到普遍关注。地震引起的结构倒塌是巨大人员伤亡和经济损失的最主要原因,其中以高烈度区的倒塌破坏现象最为严重。因此,从高烈度区框架结构的数值模拟中总结和分析结构的破坏方式和机理具有重要意义,也为高烈度区框架结构的抗震设计和减灾工作奠定基础。为此,本文开展相关研究,工作内容如下。首先从实际震害调查和震害图片中展现了数次大地震中框架结构的破坏状态和震害情况,并总结了框架结构倒塌的研究现状。从集集地震、阪神地震和汶川地震等几次大地震的实际震害中可以看出,高烈度区框架结构的破坏多数首先发生在底层框架柱的顶端,而后引起结构底层整体倒塌。目前国内外对框架结构倒塌的研究主要分为两类:一类是结构的整体性能和结构构件层次的研究;另一类是地震动特性,尤其是近场脉冲地震动特性的研究。数值模拟是研究结构地震反应的重要方法,考虑到LS-DYNA软件对于模拟框架结构倒塌过程中出现的大应变、大位移以及接触碰撞等问题效果很好,因此本文采用该软件建立了钢筋混凝土框架结构的倒塌分析模型,选取汶川地震中有实际震害的两栋钢筋混凝土框架结构,采用所建立的分析模型对其进行地震反应分析,得到了框架结构在高烈度区的破坏状态和倒塌过程,与实际震害对比符合较好,验证了该模型的有效性和可靠性。为研究不同类型地震动记录对结构反应的影响,分别输入不同强度的地震动记录,对比发现地震动输入强度对结构的反应有影响;分别输入两条近场地震动和两条远场地震动进行时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下结构反应差别较大,近场地震动下破坏更为严重;分别输入两条近场非脉冲地震动和两条近场脉冲地震动进行时程分析,对比分析发现脉冲地震动记录下结构反应明显增大。为研究地震荷载作用下弹塑性单自由度体系的滞回耗能需求,分别输入多条不同的近远场地震动记录,进行单自由度体系的滞回耗能时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下单自由度体系的滞回耗能需求存在明显差异,近场地震动对体系滞回耗能需求要求更高。提出了单自由度体系的滞回耗能速度谱的概念,并分别从地震动特性和结构自身特性两方面分析不同参数对滞回耗能速度谱的影响。研究表明,近远场、地震动的强度、场地条件对体系的滞回耗能需求有明显影响,单自由度体系的阻尼比对滞回耗能速度谱有明显影响。为进一步研究不同类型地震动对钢筋混凝土框架结构耗能的影响,对比分析发现近场地震动和远场地震动作用下结构的耗能情况明显不同,近场地震动对框架结构的滞回耗能需求要求更高,对比分析发现脉冲地震动和非脉冲地震动作用下结构的耗能情况存在差异,脉冲地震动作用对框架结构的滞回耗能需求要求更高。建立基于能量和最大位移双重标准的倒塌损伤模型,通过能量和位移的共同作用反映框架结构的破坏水平,并且在一定程度上解释了结构倒塌的原因。研究结果为更好地在结构设计中考虑地震动特性及实现基于能量的结构抗震设计思想提供了依据。
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【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU375.4

【参考文献】