基于IDA方法的RC框架结构倒塌与残余位移分析

摘要

发生地震时，若RC框架结构的变形到达倒塌极限时，就会发生倒塌破坏。近年来钢筋混凝土框架结构倒塌失效准则有很多，但在实际应用时如何选择倒塌判定准则没有定论，而且建筑物的倒塌是造成人员伤亡和财产损失的主要原因。因此，对RC框架结构建立一个较为准确的倒塌失效准则就变得尤为重要。
　　基于此，本文引入增量动力分析方法，对钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌进行了深入的研究。主要工作及结论如下:
　　(1)对国内外RC框架结构倒塌失效准则进行总结并得出六种倒塌失效准则，分别为基于强度、变形、能量、变形和能量双参数、刚度和IDA方法失效准则。选择其中的基于IDA方法和变形的失效准则进行倒塌对比分析。
　　(2)在进行增量动力分析之前，考虑到所选地震记录反应谱平台段与场地的卓越周期Ts的影响，而根据反应谱的两个频率段选取10条地震波，运用SeismoSingnal地震动分析软件确定Sa（T1，5％），最后运用hunt&fill不等步调幅原则对其进行调幅。采用SAP2000有限元软件建立一个十层三跨RC框架分析模型并对其中一榀进行一系列弹塑性时程分析，把得到的IM和DM连接成IDA曲线并利用“折半取中”的方法得到倒塌状态点。
　　(3)计算出建筑结构倒塌状态点处对应的调幅系数，对地震记录进行调幅后并再次进行弹塑性时程分析;然后在分析时程中找出层间位移角达到变形限值1/50时及最后时刻出铰图，对梁柱的出铰情况进行分析总结得出:基于变形的倒塌失效准则有低估结构抗倒塌能力的风险并且IDA准则比变形准则较低的评价了结构的损伤。
　　(4)定义了残余层间位移角的概念，并把其作为结构损伤指标运用在IDA分析中。通过与结构损伤指标为层间位移角的IDA倒塌分析进行对比得出:后者对结构抗倒塌性能的评估大于前者，而前者更为敏感。
　　(5)通过运用不同结构损伤指标的IDA方法对结构进行易损性分析并对易损性曲线进行对比中发现DM为残余层间位移角进行IDA分析得到的易损性曲线对地震作用下倒塌风险的评估偏于保守，适合于一些重要性更高的结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 结构倒塌失效准则的发展及研究状况

1．3 结构残余位移的发展及研究状况

1．4 本文研究的主要内容

第二章 RC框架结构倒塌机理

2．1 倒塌破坏的定义

2．2 倒塌的分类

2．3 结构构件的破坏机理

2．3．1 梁柱破坏机理

2．3．2 节点破坏机理

2．4 影响结构抗倒塌能力的因素

2．4．1 结构的整体承载能力

2．4．2 结构的鲁棒性

2．4．3 结构冗余度

2．5 结构抗震倒塌分析方法

2．5．1 静力推覆分析法

2．5．2 动力分析法

2．5．3 离散元分析法

2．6 倒塌失效准则

2．6．1 基于强度的失效准则

2．6．2 基于变形的失效准则

2．6．3 基于能量的失效准则

2．6．4 基于变形和能量的双参数失效准则

2．6．5 基于刚度的失效准则

2．6．6 基于增量动力分析的失效准则

2．7 本章小结

第三章 基于增量动力分析的倒塌分析

3．1 引言

3．2 RC框架结构的设计规则

3．2．1 结构布置

3．2．2 构件设计

3．3 SAP2000有限元建模

3．3．1 结构设计概况

3．3．2 材料本构

3．3．3 构件单元的选取

3．3．4 积分方式的选择

3．4 地震波的选则

3．5 基于IDA方法的失效准则

3．5．1 单个IDA曲线的绘制

3．5．2 多个地震波IDA方法的分析结果

3．6 基于变形的失效准则

3．6．分析结果

3．6．2 结果分析

3．7 本章小结

第四章 RC框架结构残余位移分析

4．1 引言

4．2 残余层间位移角的定义

4．3 地震动强度指标和结构损伤指标的选择

4．3．1 地震动强度指标

4．3．2 结构损伤指标

4．4 结构损伤指标为残余层间位移角的IDA分析

4．4．1 各个地震波IDA方法的分析结果

4．4．2 结果分析

4．5 基于IDA法的倒塌易损性分析

4．5．1 基于IDA法的倒塌易损性分析步骤

4．5．2 不同结构损伤指标的IDA法倒塌易损性分析对比

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介