【摘 要】
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在强震作用下,建筑结构倒塌往往是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。因此,结构抗震倒塌研究是必须关注的重点之一。合理的抗震倒塌判断准则可以定量地描述结构破坏情况,能够更深入地研究结构的抗倒塌能力。目前,国内外提出了一些结构抗震倒塌判别标准,例如:变形倒塌准则、刚度倒塌准则和双参数倒塌准则等。实际应用中,结构倒塌的判别标准还存在局限性,建立一个新的结构倒塌判断准则是必要的。刚度作为结构或构件自身抵抗变
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在强震作用下,建筑结构倒塌往往是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。因此,结构抗震倒塌研究是必须关注的重点之一。合理的抗震倒塌判断准则可以定量地描述结构破坏情况,能够更深入地研究结构的抗倒塌能力。目前,国内外提出了一些结构抗震倒塌判别标准,例如:变形倒塌准则、刚度倒塌准则和双参数倒塌准则等。实际应用中,结构倒塌的判别标准还存在局限性,建立一个新的结构倒塌判断准则是必要的。刚度作为结构或构件自身抵抗变形的能力指标,能较好的反映结构或构件抗震特性,但刚度倒塌判断准则较其他倒塌判断方法发展缓慢,且存在一定的问题。在对国内外有关框架结构的倒塌机理和抗震倒塌判断方法进行分析研究的基础上,本文从结构的刚度入手,作为结构破坏状态的分析参数,分别提出基于刚度改进的双参数方法和刚度损伤的IDA方法研究框架结构抗震倒塌性能。本文主要研究内容及结论如下:(1)本文将刚度引入Park-Ang双参数模型,提出了基于刚度改进和能量的双参数损伤方法;以刚度比作为权重系数得到楼层和整体结构损伤的加权方法。对5层外廊式RC框架结构进行不同加载方式的Pushover分析,以最大弹塑性层间位移角1/50作为结构的分析状态,采用所提出的方法,计算构件、层间以及结构整体损伤指数,并对比Park-Ang双参数模型和其加权模式。通过分析计算,得出以下结论:基于刚度和能量的双参数损伤方法配套刚度比加权可以更准确地描绘结构各构件、层间以及整体在地震作用下的损伤,能够较好地弥补Park-Ang模型在弹性以及倒塌构件上损伤值不符的问题。两种方法下损伤描述具有一致性和统一性,在一定程度上验证了提出方法的可行性与正确性。(2)本文提出了基于刚度损伤的IDA分析方法。以7层内廊式钢框架结构作为分析对象,分别以层间构件刚度损伤和结构整体刚度损伤作为损伤指标绘出IDA曲线簇,与层间位移角、残余位移角、滞回耗能作为结构动力指标的IDA曲线进行对比分析。研究发现基于刚度损伤的IDA分析方法能够完整反应结构地震动力特性,可以作为IDA抗震倒塌方法的损伤指标。基于层间构件刚度损伤的IDA曲线能更确切地描绘出各层破坏情况,基于结构整体刚度损伤的IDA方法可以降低刚度准则过高估计结构安全的风险。对比不同损伤指标下的IDA曲线,发现残余位移角、滞回耗能作为损伤指标的IDA分析方法具有一定的冗余度,高估了结构的地震损伤,可以用做重要结构的抗震评估。(3)分析不同加载模式、不同地震动下框架结构的倒塌进程,观察其出铰路径以及塑性破坏程度,研究框架结构的倒塌机理发现:因地震动的随机性,其倒塌机制多样,难以定性确定。结构以强柱弱梁模式设计,但在强烈外载或地震动作用下,无法阻拦柱铰的出现。结构构件所承受荷载大小决定其塑性破坏程度,高层钢框架由于结构延性以及明显的P-Δ效应易造成塑性破坏。塑性铰形成的离散程度,在一定程度上可以显现出地震能量聚集和结构的耗能累积损伤,耗能累积对结构倒塌机制有重要影响。
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