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《哈尔滨工业大学》 2016年
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钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌能力研究

左占宣  
【摘要】:地震引起的土木工程结构倒塌会造成大量人员伤亡和经济损失。结构抗倒塌能力的准确评估是基于性态的地震工程(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)中一个重要环节,只有预测出结构在地震作用下的抗倒塌能力,才能进一步计算出地震中土木工程结构倒塌引起的人员伤亡和经济损失。准确评估结构的抗倒塌能力对保障结构的地震安全、减轻地震灾害具有十分重要的意义。本文以某三层钢筋混凝土(RC)框架结构为研究对象,对振动台完全倒塌试验及模拟、抗倒塌能力评估方法以及地震动方向性对抗倒塌能力的影响几个方面进行了研究。主要研究内容如下:(1)依据中国规范设计了一个三层RC框架结构,按1/5的几何缩尺比例建造振动台试验结构模型。在振动台上进行模拟地震激励加载,结构反应从弹性到高度非线性,最后进入动力失稳直至完全倒塌。本试验首次采用双目立体视觉系统记录了结构在地震作用下整个倒塌过程中的位移反应,为倒塌机理研究提供了试验依据,为结构倒塌时位移测量提供了新方法。(2)基于Open Sees分析平台建立了有限元模型,利用该有限元模型模拟了振动台试验中结构在不同强度地震作用下的结构反应、倒塌模式以及动力特性的变化。通过有限元模拟结果与振动台试验结果的对比,表明该有限元模型可以很好地模拟结构从弹性到倒塌阶段的反应。结构在地震作用下刚度和承载力的减小会导致周期延长,分析了结构周期延长对倒塌分析中地震动强度指标选择的影响,提出了新的地震动强度指标Sa(Teq)(等效周期对应谱的加速度),与传统地震动强度指标Sa(T1)(弹性周期对应的谱加速度)相比,Sa(Teq)可以考虑结构周期延长影响,有效降低倒塌易损性分析结果离散性。(3)结合三层RC框架结构振动台完全倒塌试验,以经试验验证的动力时程分析方法为标准,对比分析了Pushover方法在评估结构抗倒塌能力时的准确性和适用范围。从弹性到弹塑性,直至结构倒塌的各个阶段,对比分析了两种方法在顶点位移、基底剪力、层间位移角、截面曲率方面的差异以及造成差异的原因。(4)采用FEMA P695中建议的28组近场地震动记录和22组远场地震动记录,考虑地震动记录方向和地震断层方向之间的角度,生成了与断层成不同角度的地震动记录。分别针对近场和远场地震动记录,研究了地震动记录方向性对结构抗倒塌能力的影响,对比了近场和远场情况下结构抗倒塌能力差异。初步实现了快速评估不同方向地震动作用下结构抗倒塌能力的目标,为结构抗震设计(罕遇地震下抗倒塌验算)时地震动记录选择提供了新思路。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU375.4;TU352.11

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