地震作用下钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌数值模拟分析

摘要

近年来，对于结构抗连续倒塌性能的研究多集中于爆炸、撞击、火灾等偶然荷载导致主要支撑构件失效而引起结构发生不成比例的连续性倒塌，然而，地震作用也可能导致存在损伤或初始缺陷的支撑构件失效，并会加剧结构竖向倒塌时的动力效应，因此，本文以地震作用导致框架柱失效作为触发机制，对钢筋混凝土框架结构抗竖向连续倒塌性能进行研究。
　　（1）基于OpenSees非线性有限元分析平台，考虑钢筋粘结滑移效应，对一个约束梁试验进行了数值模拟，计算结果有效反应了结构的弹性阶段、塑性阶段、拱作用阶段以及悬索作用阶段。在此基础上，进一步对一榀单层平面框架结构和一榀三层平面框架结构的试验结果进行了数值模拟，计算结果与试验结果吻合良好。
　　（2）以三层平面试验框架为研究对象，通过改变梁截面尺寸、边跨跨数以及框架层数进行抗倒塌计算，分析了侧向约束刚度、楼层层数等对损伤结构塑性以及极限承载能力的影响，探讨了倒塌过程中的受力机理，并在此基础上，给出了结构抗倒塌计算与评估的相关建议
　　（3）为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构的抗竖向连续倒塌性能，基于OpenSees非线性有限元分析平台，选用包含远场、近场及人工地震波在内的八条地震波，采用增量动力分析方法，对一榀移除中柱的试验框架结构在地震作用下的抗连续倒塌性能进行了分析，结果表明，在所选水平与竖直方向地震波共同作用下，所分析的试验框架结构在八度罕遇地震作用下未发生倒塌，具有充足的抗连续倒塌能力及较好的抗震性能。竖向地震作用会明显加剧损伤结构的竖向连续倒塌风险，水平地震作用也会减弱损伤结构的抗倒塌能力。
　　（4）基于以上计算模型，将所选八条地震波调幅至八度罕遇地震（PGA=0.4g），对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向连续倒塌性能进行了分析。结果表明，随着失效时间的增大，地震对结构中柱最大竖向位移和中柱相邻梁端最大钢筋拉应变的影响逐渐减小，失效时间对结构峰值加速度以及峰值速度的影响逐渐减小，直至基本可以忽略。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 结构的竖向连续倒塌

1.4 地震作用下结构抗倒塌研究

1.5 研究意义

1.6 研究内容

第2章 OpenSees有限元分析程序及有限元模型的建立

2.1 OpenSees 程序概述

2.2 材料对象

2.3 截面对象

2.4 梁柱单元

2.5 梁柱节点单元

2.6 OpenSees 建模参数

2.7 OpenSees 数值非线性问题处理方法

2.8 本章小结

第3章 钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能数值分析

3.1 引言

3.2 试验模拟分析

3.3 结构参数影响分析

3.4 受力机理分析

3.5 本章小结

第4章 地震作用下钢筋混凝土框架结构抗竖向倒塌性能分析

4.1 引言

4.2 增量动力分析方法（IDA）

4.3 极限状态定义

4.4 地震波参数

4.5 地震作用下竖向倒塌分析方法

4.6 地震作用下损伤结构抗连续倒塌性能分析

4.7 地震作用下考虑损伤构件失效过程的抗倒塌分析

4.8 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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