強震作用下鋼筋混凝土框架連續(xù)倒塌過程中的碰撞研究.pdf

1、我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范針對“大震不倒”的抗震設(shè)計原則要求結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下仍能保持整體穩(wěn)定和保障建筑物內(nèi)人員生命安全。在具體設(shè)計實踐中，這一原則是通過驗算薄弱層的彈塑性變形來實現(xiàn)。然而過于粗略的彈塑性變形限值掩蓋了實際構(gòu)件在強震作用下的復(fù)雜力學(xué)行為，同時未能就結(jié)構(gòu)的實際臨界倒塌狀態(tài)給出清晰的界定。建立更加科學(xué)合理的抗連續(xù)倒塌設(shè)計方法的關(guān)鍵在于能夠?qū)Y(jié)構(gòu)在強震作用下經(jīng)歷的全過程力學(xué)行為給出準(zhǔn)確合理的描述，尤其是接觸碰撞分析這類核心和難點問

2、題。
　　本文以力學(xué)分析和概念建模為主要研究手段，將連續(xù)倒塌分析與結(jié)構(gòu)碰撞分析緊密結(jié)合，旨在揭示因結(jié)構(gòu)碰撞而引發(fā)的整體連續(xù)倒塌過程，建立鋼筋混凝土框架連續(xù)倒塌過程中的碰撞機理，為實現(xiàn)OpenSees分析軟件的碰撞模擬及后處理提供理論支撐。
　　(1)對強震作用下鋼筋混凝土框架中的節(jié)點和構(gòu)件失效機理和內(nèi)力重分布機制進行分析，揭示結(jié)構(gòu)因坍塌發(fā)生沖擊碰撞而引起的整體連續(xù)倒塌過程，分析鋼筋混凝土框架柱在強震作用下發(fā)生側(cè)移和縮短之后通

3、過框架的空腹效應(yīng)和梁的懸鏈線效應(yīng)進行荷載重分布的過程、P-Delta效應(yīng)對框架柱的影響以及上部結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)的沖擊效應(yīng)。
　　(2)選取Hertz-damp碰撞模型對結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌過程中的地震落梁碰撞進行接觸碰撞力學(xué)建模，建立了主動碰撞體與被動碰撞體的運動微分方程，主要包括:描述失效構(gòu)件端部脫離時的初始運動狀態(tài);描述失效構(gòu)件脫離主體結(jié)構(gòu)后的運動軌跡;對失效構(gòu)件與受碰撞構(gòu)件間的接觸碰撞問題進行建模。
　　(3)對框架結(jié)構(gòu)的柱鉸落

4、層碰撞行為、整體坐層碰撞行為、邊跨坍塌碰撞行為和中間跨落層碰撞行為進行分析討論，將柱鉸落層碰撞和整體坐層碰撞簡化為兩彈性質(zhì)量球之間的對心碰撞，將邊跨坍塌碰撞簡化為彈性質(zhì)量球橫向碰撞在梁上的模型，并根據(jù)中間跨失效情況將中間跨坍塌碰撞簡化成兩彈性質(zhì)量球之間的碰撞或者彈性質(zhì)量球橫向碰撞在梁上的模型，并確定初始碰撞狀態(tài)，包括初始碰撞速度、碰撞點的位置和碰撞質(zhì)量影響系數(shù)，建立地震落層碰撞的力學(xué)模型，接著就可以采用Duhamel積分表示主動碰撞體與