基于构件变形的RC框架结构地震易损性分析及其支撑构型研究

发布时间：2020-06-16 03:34

【摘要】：现行规范中“小震不坏、中震可修和大震不倒”的三水准设计方法缺少“中震可修”、“大震不倒”和经济损失的量化方法。针对目前研究的不足,本文提出基于构件变形的结构抗震性能评估方法,以钢筋混凝土(以下简称RC)框架结构为研究对象,开展地震易损性分析,对“中震可修”、“大震不倒”和地震损失等问题进行详细的研究,旨在量化RC框架结构的抗倒塌能力、可修复能力和预期地震损失。主要研究内容和结论如下:(1)提出基于构件变形的结构抗震性能评估方法,给出符合延性措施的RC构件变形指标,以结构构件的真实破坏分布来判断整体结构的性能水平,能够反映结构的实际破坏状态,弥补现行规范在构件层次抗震性能评估的不足。(2)分析4种倒塌准则下的RC框架结构抗倒塌能力,对比不同倒塌准则下的结构破坏机制和构件破坏情况分布。发现规范中的弹塑性限值和第一构件失效作为倒塌准则趋于保守;结构刚度退化接近于0或结构动力失稳时结构在某一层或几层形成侧倾机构,在一定程度上能够反映实际结构的倒塌规律,可作为结构倒塌状态的判断准则。采用结构动力失稳作为结构倒塌判别准则。(3)采用IDA方法分析48个RC框架结构在22条地震动下的抗倒塌能力,发现按现行规范设计结构的抗倒塌能力储备系数主要分布在3.0~5.0之间;罕遇地震下RC框架结构的倒塌概率均值为4.02%,仅个别倒塌概率超出10%,基本能够实现“大震不倒”的目标。(4)提出基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法,以柱达到严重破坏或残余层间位移角大于1.5%作为拆除判别准则。定义可修复能力储备系数RMR,并分析了48个RC框架结构的RMR。发现按现行规范设计结构的RMR主要分布在2.5~4.5之间;在中等地震下,拆除概率平均值为1.90%,可以满足“中震可修”;在罕遇和极罕遇地震下,拆除概率平均值分别为16.22%和56.75%,RC框架结构会面临较高的拆除风险。(5)提出基于构件变形的RC框架结构地震损失评估方法,考虑结构倒塌和拆除对地震损失的影响,将地震损失分解为结构构件、非结构构件和牢固构件引起的损失,进一步分析了按规范设计结构的地震损失情况。发现RC框架结构的期望年度地震损失比主要分布在1.0~2.0(×10~(-3))之间;在小震和中震下的预期地震损失比均值分别为0.57%和3.56%,主要由结构修复造成的,且主要由非结构构件产生;罕遇地震下的预期地震损失比均值为19.96%,主要由拆除构成;极罕遇地震下的预期地震损失比均值为62.60%,主要由拆除和倒塌构成。(6)提出基于类桁架材料模型拓扑优化方法研究RC框架结构的支撑构型,分析基于整体结构和单层单跨子结构的支撑构型。分析表明基于类桁架材料模型根本解决单元依赖、棋盘格等数值不稳定问题,能够根据工程需求提供适当的支撑构型;基于整体结构的优化支撑系统可优先考虑采用,其次在规定条件下可以采用相应的单层单跨子结构优化构型;且当跨高比不超过1.25时,X型支撑比V型或倒V型支撑更合理,而当跨高比大于1.50时,V型或倒V型支撑将是更有利的。(7)通过结构模态、静力非线性和动力非线性分析,比较了不同支撑结构的刚度、承载力、延性、倒塌风险和预期地震损失。发现基于整体结构的钢支撑系统能够最有效地提高结构的承载力、刚度、抗倒塌能力与可修复能力,其次基于单层单跨子结构的支撑构型比其它支撑构型更有效;钢支撑通过耗能有效地减轻了结构破坏,相应的经济损失得到降低;但钢支撑屈曲会弱化结构加固的效果。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU311.3;TU375.4

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本文编号：2715471