多層磚砌體結(jié)構(gòu)的地震倒塌破壞機理及抗倒塌控制結(jié)題摘要

近年來，我國地震災(zāi)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(jié)構(gòu)破壞。其中，抗震性能較差的多層磚砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模倒塌，不僅導(dǎo)致了慘重的人員傷亡，更引起了不可估量的負面社會效應(yīng)。同時，由于我國現(xiàn)行規(guī)范對多層磚砌體結(jié)構(gòu)的各地震損傷臨界狀態(tài)無明確控制指標(biāo)，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和抗震性能評估時缺乏依據(jù)。本課題針對多層砌體結(jié)構(gòu)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(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段，對地震倒塌判定準(zhǔn)則、抗倒塌性能設(shè)計指標(biāo)及關(guān)鍵參數(shù)開展了定量分析和研究。首先，根據(jù)對地震災(zāi)區(qū)中多層磚砌體結(jié)構(gòu)的震害調(diào)查結(jié)果，明確了構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)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(xiàn)了典型多層磚砌體結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，開發(fā)了磚砌體結(jié)構(gòu)的一致性恢復(fù)力模型，并根據(jù)國內(nèi)外大量試驗數(shù)據(jù)，提出了該模型用于各類磚砌體時的控制參數(shù)，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(shù)指標(biāo)作為多層磚砌體結(jié)構(gòu)的地震損傷控制依據(jù)，并根據(jù)大量擬靜力試驗結(jié)果，對不同類型磚砌體的各臨界狀態(tài)的損傷控制指標(biāo)進行了重新標(biāo)定，尤其使倒塌臨界控制指標(biāo)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(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及分布情況，并探討了相關(guān)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(gòu)造柱和圈梁等約束構(gòu)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(shè)計提供了依據(jù)?；谠隽縿恿r程分析和抗倒塌儲備系數(shù)，研究了不同構(gòu)造措施對應(yīng)的抗倒塌能力，構(gòu)建了多層磚砌體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震鑒定以及抗震設(shè)計提供參考和依據(jù)。 2100433B

近年來，我國地震災(zāi)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(jié)構(gòu)破壞。其中，抗震性能較差的多層磚砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模倒塌，不僅導(dǎo)致了慘重的人員傷亡，更引起了不可估量的負面社會效應(yīng)。針對此背景，結(jié)合我國現(xiàn)行規(guī)范對磚砌體結(jié)構(gòu)“大震不倒”性能目標(biāo)無明確控制指標(biāo)的情況，本課題采用現(xiàn)場調(diào)查、理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗相結(jié)合的手段，著力研究并解決以下問題：多層磚砌體結(jié)構(gòu)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(fù)力模型、結(jié)構(gòu)的地震倒塌判定準(zhǔn)則、抗倒塌性能設(shè)計指標(biāo)及關(guān)鍵參數(shù)。通過研究：揭示多層磚砌體結(jié)構(gòu)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(gòu)建多層磚砌體結(jié)構(gòu)地震倒塌分析計算框架并提出倒塌判定標(biāo)準(zhǔn)，最后通過確立其抗倒塌性能設(shè)計指標(biāo)和關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，實現(xiàn)多層磚砌體結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的定量控制方法，以期切實落實“大震不倒”設(shè)防目標(biāo)，減少人民群眾的生命財產(chǎn)損失。

結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計是指結(jié)構(gòu)因偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞失效，繼而引起失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)破壞，最終導(dǎo)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(jié)構(gòu)，工程師在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時有責(zé)任防止結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的發(fā)生，對其進行結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)在一定安全可靠度之下具有抵抗連續(xù)性倒塌的能力，當(dāng)偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞時，結(jié)構(gòu)能夠通過多種荷載路徑內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)高層隔震結(jié)構(gòu)的建設(shè)會得到迅速發(fā)展。強地震場下高層隔震結(jié)構(gòu)的損傷機理及破壞倒塌模式已成為高層隔震結(jié)構(gòu)亟待解決的研究課題。本項目旨在研究高層隔震結(jié)構(gòu)的倒塌破壞模式和控制等基礎(chǔ)性內(nèi)容：通過研究強地震場復(fù)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(jié)構(gòu)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(chǔ)/隔震層/上部結(jié)構(gòu)之間的損傷耦合效應(yīng)，建立多維強地震場下考慮結(jié)構(gòu)-介質(zhì)動力耦合效應(yīng)、損傷力學(xué)特性、地震非平穩(wěn)隨機過程的高層隔震結(jié)構(gòu)地震分析方法；通過研究強地震場作用時高層隔震結(jié)構(gòu)的損傷機理和倒塌破壞機制，建立高層隔震結(jié)構(gòu)動力災(zāi)變?nèi)^程的精細數(shù)值模擬方法。本項目的研究將揭示高層隔震結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的發(fā)展具有普遍意義與重要的學(xué)術(shù)價值，有利于推動高層隔震技術(shù)的發(fā)展。

以近斷層高地震風(fēng)險地區(qū)建設(shè)的高墩橋梁結(jié)構(gòu)為研究對象，針對強地震動場模型和近斷層破壞性效應(yīng)，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(shè)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(yīng)及其對高墩橋的影響規(guī)律；提出了考慮地基－橋梁基礎(chǔ)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(shè)計方法，建立了近斷層高地震風(fēng)險性環(huán)境下高墩橋結(jié)構(gòu)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(shè)計與安全性提升具有極其重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟價值，為“一帶一路”沿線橋梁生命線工程的建設(shè)與抗震設(shè)防提供科學(xué)建議。 2100433B