強地震作用下超高層建築損傷機理及破壞全過程研究

《強地震作用下超高層建築損傷機理及破壞全過程研究》是依託同濟大學，由呂西林擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：強地震作用下超高層建築損傷機理及破壞全過程研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：呂西林
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

大型複雜超高層建築將是我國未來20～30年城市建設中的重點之一，強地震區的超高層建築將是其建設的難點。本項目以鋼結構、混凝土結構、鋼－混凝土組合結構和鋼－混凝土混合結構四種典型超高層建築結構為基礎，發展高效超高層建築結構新體系及其高性能部件，研究它們在強地震作用下的地震災變關鍵效應和地震災變全過程，揭示結構地震破壞和倒塌的物理機制，發展相應的數值模擬和模型試驗技術。建立考慮損傷累積效應的材料本構關係、反映損傷演化規律的構件及節點的滯回模型乃至基於損傷累積效應的結構整體數值計算模型；建立考慮岩土－基礎－超高層結構的動力耦合效應的非線性建模理論與方法；進行超高層結構在強地震作用下的動力全過程分析，研究地震損傷演化規律，建立地震失效破壞準則，進而發展結構的強震失效模式最佳化和控制結構地震破壞和倒塌的方法和措施，改善結構的抗震性能。本項目的實施將為我國五百米級超高層建築的安全建設和運營提供科學支撐。

結題摘要

本項目針對典型超高層建築結構，發展高效超高層建築結構新體系及其高性能構件，研究它們在強地震作用下的地震災變關鍵效應和地震災變全過程，揭示結構地震破壞和倒塌的物理機制，發展相應的數值模擬和模型試驗技術。進行了鋼材和混凝土材料在反覆荷載作用下的滯回性能試驗，建立了材料在反覆荷載作用下的本構關係；開發了多種新型多重組合鋼-混凝土組合剪力牆及筒體，進行了新型構件和超高層建築典型構件 (高含鋼率SRC組合柱、高強超厚板鋼柱、內置鋼板鋼筋混凝土剪力牆)抗震性能試驗，建立了非線性數值計算模型，提出了抗震設計方法與構造措施；完成了可液化地基－高層結構體系相互作用的振動台試驗和相鄰高層結構—樁—土動力相互作用體系的振動台試驗，建立了非線性數值計算模型，初步揭示了土—結動力相互作用體系的地震反應規律及其影響因素；提出了一種計算結構整體性能與局部破壞的多尺度單元耦合模型；提出了套用增量動力分析方法對超高層結構進行基於機率的抗震性能評估的方法；提出了利用屈曲約束支撐、阻尼器控制帶伸臂桁架的框架—核心筒結構地震損傷的方法，並通過數值計算進行了驗證；發展了可恢復功能高層抗震結構的概念，提出了一種新型帶可更換連梁的剪力牆和一種新型帶可更換腳部構件的剪力牆，進行了兩種剪力牆的抗震性能試驗，建立了其非線性數值計算模型；完成了上海中心、上海世博會中國館等9個實際複雜高層結構整體模型的模擬地震振動台試驗和非線性地震反應數值分析，研究了其地震破壞機理和抗震薄弱部位，為其抗震設計提供了技術支撐；編制了上海市《超限高層建築工程抗震設計指南》(第二版)。本項目的研究成果為改進高層及超高層建築的抗震設計、改善其抗震性能、有效控制其地震損傷提供了科學支撐。