基于备用荷载路径法的基础隔震结构连续性倒塌研究

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隔震结构体系基于优良的减震性能,目前已得到了世界各国的广泛认可。同时,相较于一般结构体系,隔震结构体系常用于医疗救治、通信指挥系统等生命线工程,或是教学楼和学生宿舍楼等重要建筑中,连续性倒塌事故一旦在这些建筑中发生,其产生的影响往往更为严重,因此隔震结构体系连续性倒塌分析研究的必要性也越来越凸显重要。然而关于连续性倒塌的研究目前主要局限在一般结构体系,并没有过多的聚焦于隔震结构体系,故本文围绕基础隔震结构体系的连续性倒塌问题加以分析研究,具体工作如下:  (1)归纳总结目前有关连续性倒塌的设计思想、设计方法、分析方法及评价指标等,为基础隔震结构的连续性倒塌分析提供理论依据。并以国外各规范提出的在偶然荷载作用下,失效构件的可能发生部位为前提,加以引用提出针对基础隔震结构体系失效单元的可能发生部位。  (2)利用通用有限元软件SAP2000对某典型的基础隔震结构体系进行基于备用荷载路径法的线性静力分析,研究在失效工况下剩余结构的内力重分布过程,并根据GSA2003规范中规定的DCR强度指标评价标准,判断各失效工况下基础隔震结构体系的连续性倒塌情况。  (3)对线性静力分析中的结构体系进行考虑结构非线性及动力效应的非线性动力分析,并根据性能化设计评估方法FEMA356中塑性铰力与位移关系曲线提出反映受损结构竖向抗振性能的性能评价指标γ,考察结构失效工况下,剩余结构的连续性倒塌形态、失效节点的竖向位移及上部各构件的整体γ分布连续倒塌失效模式,来评判整体结构的连续性倒塌。  (4)基于目前已有关于地震作用下的连续性倒塌研究现状,本文对带有初始隐性损伤的基础隔震结构体系进行基于性能的地震连续性倒塌分析,考察不同类型地震动、不同地震动强度时结构体系的损伤变化情况。  研究结果表明,无论是线性静力分析还是非线性动力分析,从总体来看,隔震结构体系不同部位失效对结构连续性倒塌的影响程度为角柱(角支座)失效影响强于边柱(边支座)失效,边柱(边支座)失效影响强于内柱(内支座)失效的。而边柱(边支座)失效对结构的连续性倒塌影响则取决于结构的柱距;依据目标构件失效后上部结构响应的一致性,以构件层次性能等级的性能指标γ,反映整体结构连续性倒塌是完全合理的;隔震结构的隔震支座失效对结构连续性倒塌较底层柱失效会有一定幅度的下降,但是两者之间结构的连续性倒塌影响趋势保持一致;较之其他类型地震动,脉冲型近场地震动对损伤的隔震结构体系后续响应产生的影响更为明显;各类型地震记录在小震和中震下对损伤结构的影响主要集中在隔震层,上部结构仅产生较小的损伤,而大震作用下上部结构在受损区间内的损伤情况明显加剧,其中角支座失效损伤模式在近场脉冲型地震记录下可能提前达到破坏,造成结构的震致非比例倒塌。
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