多層磚砌體結構的地震倒塌破壞機理及抗倒塌控制

近年來，我國地震災害頻發(fā)，尤其西部地區(qū)連續(xù)遭受強震，造成了大量建筑結構破壞。其中，抗震性能較差的多層磚砌體結構出現大規(guī)模倒塌，不僅導致了慘重的人員傷亡，更引起了不可估量的負面社會效應。同時，由于我國現行規(guī)范對多層磚砌體結構的各地震損傷臨界狀態(tài)無明確控制指標，導致在結構抗震設計和抗震性能評估時缺乏依據。本課題針對多層砌體結構的地震破壞機制和抗倒塌性能，采用理論分析、模型試驗和數值模擬相結合的研究手段，對地震倒塌判定準則、抗倒塌性能設計指標及關鍵參數開展了定量分析和研究。首先，根據對地震災區(qū)中多層磚砌體結構的震害調查結果，明確了構件及整體結構的倒塌機制。采用3D實體單元建立三維足尺精細有限元模型，通過雙向地震激勵作用下的顯式動力時程計算，再現了典型多層磚砌體結構的地震倒塌全過程。通過分析倒塌特征和倒塌機理，提出了基于水平地震動力時程分析和豎向穩(wěn)定性靜力非線性分析的地震倒塌分析方法。在此基礎上，開發(fā)了磚砌體結構的一致性恢復力模型，并根據國內外大量試驗數據，提出了該模型用于各類磚砌體時的控制參數，包括未約束無洞口砌體、約束無洞口砌體、未約束帶洞口砌體和約束帶洞口砌體。此外，采用基于位移和累計耗能的雙參數指標作為多層磚砌體結構的地震損傷控制依據，并根據大量擬靜力試驗結果，對不同類型磚砌體的各臨界狀態(tài)的損傷控制指標進行了重新標定，尤其使倒塌臨界控制指標更接近于試驗中的真實倒塌破壞極限狀態(tài)。研究了不同地震動強度下結構的破壞狀態(tài)及分布情況，并探討了相關影響因素，為抗震性能分析與評估提供了參考。定量分析了鋼筋混凝土樓板、構造柱和圈梁等約束構件對抗地震倒塌性能的影響，提出了層高、開間、進深等尺寸的建議限值，為抗倒塌設計提供了依據?；谠隽縿恿r程分析和抗倒塌儲備系數，研究了不同構造措施對應的抗倒塌能力，構建了多層磚砌體結構抗倒塌性能的定量分析方法。本課題的研究成果可為磚砌體結構的抗震鑒定以及抗震設計提供參考和依據。 2100433B

近年來，我國地震災害頻發(fā)，尤其西部地區(qū)連續(xù)遭受強震，造成了大量建筑結構破壞。其中，抗震性能較差的多層磚砌體結構出現大規(guī)模倒塌，不僅導致了慘重的人員傷亡，更引起了不可估量的負面社會效應。針對此背景，結合我國現行規(guī)范對磚砌體結構“大震不倒”性能目標無明確控制指標的情況，本課題采用現場調查、理論分析、數值模擬和模型試驗相結合的手段，著力研究并解決以下問題：多層磚砌體結構的地震倒塌破壞機理、典型地震倒塌模式及其主體影響因素、不同類型磚墻的一致性恢復力模型、結構的地震倒塌判定準則、抗倒塌性能設計指標及關鍵參數。通過研究：揭示多層磚砌體結構的地震倒塌破壞機理及損傷演化規(guī)律、明確其地震倒塌模式、構建多層磚砌體結構地震倒塌分析計算框架并提出倒塌判定標準，最后通過確立其抗倒塌性能設計指標和關鍵設計參數，實現多層磚砌體結構抗地震倒塌的定量控制方法，以期切實落實“大震不倒”設防目標，減少人民群眾的生命財產損失。

結構抗連續(xù)倒塌設計是指結構因偶然荷載造成結構局部破壞失效，繼而引起失效破壞構件相連的構件連續(xù)破壞，最終導致相對于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞。

作用

對于某些比較重要的建筑結構，工程師在建筑結構設計時有責任防止結構連續(xù)性倒塌的發(fā)生，對其進行結構抗連續(xù)倒塌設計，保證結構在一定安全可靠度之下具有抵抗連續(xù)性倒塌的能力，當偶然荷載造成結構局部破壞時，結構能夠通過多種荷載路徑內力重分布阻止破壞過大范圍的蔓延，盡可能減少人員的傷亡和結構的破壞程度。 2100433B

我國汶川5.12地震后對建筑物的抗震性能提出了更高要求，未來十年內高層隔震結構的建設會得到迅速發(fā)展。強地震場下高層隔震結構的損傷機理及破壞倒塌模式已成為高層隔震結構亟待解決的研究課題。本項目旨在研究高層隔震結構的倒塌破壞模式和控制等基礎性內容：通過研究強地震場復雜受力條件下隔震層及隔震支座的損傷演化規(guī)律，建立高層隔震結構隔震層及隔震支座的損傷細觀和宏觀動力模型；通過研究土/基礎/隔震層/上部結構之間的損傷耦合效應，建立多維強地震場下考慮結構-介質動力耦合效應、損傷力學特性、地震非平穩(wěn)隨機過程的高層隔震結構地震分析方法；通過研究強地震場作用時高層隔震結構的損傷機理和倒塌破壞機制，建立高層隔震結構動力災變全過程的精細數值模擬方法。本項目的研究將揭示高層隔震結構的損傷機理和倒塌破壞模式，掌握其性態(tài)特征和倒塌控制策略，對高層隔震結構的發(fā)展具有普遍意義與重要的學術價值，有利于推動高層隔震技術的發(fā)展。

以近斷層高地震風險地區(qū)建設的高墩橋梁結構為研究對象，針對強地震動場模型和近斷層破壞性效應，高墩橋強震損傷破壞機理，抗倒塌性能評估，以及高墩橋的減震措施和基于延性的抗震設防方法等，進行了一系列深入的研究。提出了近斷層空間多點、多維地震動場人工模擬方法，建立了近斷層脈沖型地震動定量提取和合成方法，揭示了近斷層潛在破壞性效應及其對高墩橋的影響規(guī)律；提出了考慮地基－橋梁基礎動力相互作用的分析模型，對高墩橋強震作用下破壞、體系失效和倒塌進行分析，闡明了近斷層高墩橋的失效模式和倒塌機制；基于IDA和易損性分析方法，揭示近斷層區(qū)高墩橋梁強震作用下抗倒塌性能，提出基于等效延性的抗倒塌優(yōu)化設計方法，建立了近斷層高地震風險性環(huán)境下高墩橋結構倒塌模式控制方法。部分研究成果對近斷層地區(qū)高墩橋抗震設計與安全性提升具有極其重要的科學意義和經濟價值，為“一帶一路”沿線橋梁生命線工程的建設與抗震設防提供科學建議。 2100433B