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基于冗余度理论的钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌能力评估

左琼  
【摘要】:本文概述了建筑结构抗地震倒塌的研究现状,并基于建筑结构的冗余度理论,针对钢筋混凝土框架结构在设防大震和特大震下的抗地震倒塌能力展开了研究。主要研究工作和成果如下: (1)结构冗余度理论研究。介绍了冗余度的概念及国外相关规范对冗余度设计的规定,概述了目前对冗余度的研究现状及其评价指标;并基于能力需求谱理论推导出了评估结构冗余度的指标公式,案例分析表明该指标可以定量评估损伤结构的冗余度,且能够有效判断结构的关键构件。 (2)钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌能力评估。对结构进行了冗余度分析和IDA分析,结果表明,冗余度需求比指标可以综合考虑结构体系承载力和变形两方面因素,能够有效判断结构的抗地震倒塌能力;且定量化研究了提高抗震等级对结构抗地震倒塌能力的影响,与提高设计水平地震作用相比,提高抗震等级能更有效地预防结构在特大地震下发生倒塌;此外,结构的抗倒塌储备系数CMR与冗余度需求比指标r和结构基本周期T1应的多遇地震地震影响系数α(T1)之间存在很好的线性正相关性。 (3)基于抗倒塌设计的基底剪力系数控制研究。介绍了基底剪力的影响因素及国外规范的相关规定,对比了我国规范GB50011-2010与美国规范ASCE7-10中最小剪力系数计算式所考虑因素的异同,讨论了高阶振型对结构基底剪力系数的影响,总结了最小剪力系数应满足的两个必要条件,并对我国抗震规范原剪力系数计算式提出了修改建议。 (4)框架结构振动台试验与模型有限元分析。以汶川大地震中某中学教学楼局部为原型,进行了两个多层空间框架结构的缩尺模型振动台试验。对比研究了两个模型结构在模拟地震动作用下的震害表现及动力反应;并分析了两者之间的冗余度差异以及模型结构构件的塑性区域分布。


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