強(qiáng)震作用下混凝土結(jié)構(gòu)的整體損傷演化與倒塌安全儲(chǔ)備.pdf

1、發(fā)展合理的整體損傷模型來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷程度，以及在此前提下對(duì)強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)倒塌安全儲(chǔ)備能力的正確評(píng)估，對(duì)于完善現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法具有積極意義。合理應(yīng)用倒塌安全儲(chǔ)備系數(shù)(CMR)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗倒塌設(shè)計(jì)，以及耗能減震結(jié)構(gòu)、銹蝕結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)的加固均具有一定的指導(dǎo)作用。本文以結(jié)構(gòu)的地震整體損傷和倒塌安全儲(chǔ)備兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題為主線，針對(duì)目前整體損傷模型所存在的問(wèn)題提出了考慮多階模態(tài)的結(jié)構(gòu)整體損傷模型;對(duì)結(jié)構(gòu)倒塌安全儲(chǔ)備能力評(píng)估中所涉及

2、到的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的選擇、地震波等因素做了相應(yīng)的討論;圍繞著結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備能力，討論了其在結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并對(duì)耗能減震結(jié)構(gòu)及銹蝕結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備能力及其應(yīng)用做了相關(guān)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?、沤Y(jié)合模態(tài)Pushover分析方法中的相關(guān)公式，以及FEMA273中剛度與周期之間的關(guān)系式，由Ghobarah損傷模型推導(dǎo)了能夠考慮高階模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)整體損傷貢獻(xiàn)的多模態(tài)整體損傷模型。該模型為Ghobarah損傷模型和最終

3、軟化指標(biāo)法之間建立起了聯(lián)系的橋梁，能夠同時(shí)考慮地震前后結(jié)構(gòu)振型和各階周期的變化對(duì)結(jié)構(gòu)整體損傷的影響。分析表明，隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，以及強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)非線性程度的加劇，會(huì)有更多的高階模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體損傷產(chǎn)生影響，因而，在結(jié)構(gòu)損傷計(jì)算過(guò)程中，考慮高階模態(tài)對(duì)整體損傷的影響是十分必要的;通過(guò)與其他模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了多模態(tài)損傷模型的合理性，該模型易于使用，其對(duì)于強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)估具有較好的適用性。
　?、铺岢隽藢?duì)不同周期段的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采

4、用符合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備能力;并且應(yīng)該根據(jù)地震動(dòng)年平均超越概率以及地震波譜形狀差異對(duì)CMR值進(jìn)行修正。分析表明，當(dāng)考慮基本周期延長(zhǎng)時(shí)，對(duì)于中短周期結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)建議采用考慮周期軟化的譜加速度指標(biāo)Sa*代替基本周期譜加速度指標(biāo)Sa(T1);對(duì)于中周期結(jié)構(gòu)，Sa(T1)和Housner譜強(qiáng)度指標(biāo)SI均較為適用;對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，采用SI會(huì)明顯優(yōu)于Sa(T1);對(duì)重要的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，應(yīng)結(jié)合特定的場(chǎng)地譜來(lái)確定結(jié)構(gòu)

5、的CMR值，否則很可能會(huì)高估了結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備能力。
　?、墙Y(jié)合多模態(tài)整體損傷模型，建立了利用倒塌安全儲(chǔ)備的薄弱層抗倒塌設(shè)計(jì)方法。探討了結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震動(dòng)作用下倒塌狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的最大層間位移角大小和出現(xiàn)位置的不確定性，以及不同峰值地面加速度水平下結(jié)構(gòu)薄弱層位置的演化規(guī)律。分析表明，對(duì)于嚴(yán)格按規(guī)范最低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的不同層數(shù)的結(jié)構(gòu)，由于高階模態(tài)參與結(jié)構(gòu)響應(yīng)，造成了結(jié)構(gòu)極限層間位移角的差異;通過(guò)對(duì)倒塌狀態(tài)下薄弱層的有效控制，可以提高結(jié)構(gòu)的倒塌安

6、全儲(chǔ)備系數(shù);此外，就本文算例而言，結(jié)構(gòu)倒塌狀態(tài)下的最大層間位移角與結(jié)構(gòu)倒塌安全儲(chǔ)備之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系。
　?、柔槍?duì)耗能減震結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了基于Pushover分析的倒塌安全儲(chǔ)備系數(shù)的確定方法。該方法通過(guò)耗能減震結(jié)構(gòu)罕遇地震下的譜加速度值，并結(jié)合Pushover分析得到的倒塌地震動(dòng)強(qiáng)度來(lái)確定耗能減震結(jié)構(gòu)的CMR。分析表明，確定耗能減震結(jié)構(gòu)罕遇地震下的譜加速度值時(shí)，有必要考慮結(jié)構(gòu)基本周期及罕遇地震下的總阻尼比的變化;該方法在顯

7、著提高計(jì)算效率的同時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏于保守地合理，并且也證實(shí)了添加耗能器后結(jié)構(gòu)大震下的抗震能力和倒塌安全儲(chǔ)備能力都有了明顯的提升。
　?、赏ㄟ^(guò)銹蝕結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展趨勢(shì)的分析，并考慮了罕遇地震譜加速度值受剩余使用年限影響等方面，來(lái)確定銹蝕結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備能力;結(jié)合了銹蝕結(jié)構(gòu)CMR時(shí)變性的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)其FRP加固。分析表明，由于銹蝕結(jié)構(gòu)存在初始損傷，以及鋼筋粘結(jié)滑移的影響，銹蝕結(jié)構(gòu)的損傷發(fā)展明顯快于完好結(jié)構(gòu);對(duì)于銹蝕結(jié)構(gòu)應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)的剩余使用