強震下高層建築結構連續倒塌破壞機理與評價方法研究

《強震下高層建築結構連續倒塌破壞機理與評價方法研究》是依託大連理工大學,由肖詩云擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強震下高層建築結構連續倒塌破壞機理與評價方法研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖詩云

項目摘要

對典型的鋼筋混凝土構件進行動態破壞試驗，研究鋼筋混凝土構件的動態破壞機理以及載入速率對鋼筋混凝土構件強度、剛度、延性、破壞特性和滯回耗能性能的影響，建立鋼筋混凝土構件考慮強度退化和剛度退化的動力計算模型和破壞判別準則；利用申請者建立的混凝土動態塑性損傷本構模型，對鋼筋混凝土構件進行動態試驗數值模擬，驗證各個構件的動力計算模型，並確定動力計算模型參數的取值方法和範圍；採用彈塑性動態時程分析法，考慮構件動力效應、結構動力效應和P-△效應，對鋼筋混凝土高層建築結構進行連續倒塌破壞數值分析，探討關鍵構件失效破壞機理和構件失效後結構荷載的傳力路徑及其對剩餘結構的影響，分析結構連續倒塌破壞的過程，探討結構連續倒塌破壞機理；採用構件失效影響係數表征鋼筋混凝土構件的破壞評價指標，選取合適的結構抵抗連續倒塌破壞能力指標和計算方法，建立高層建築結構抵抗連續倒塌破壞能力評價方法，並與數值模擬結果進行比較和驗證。

結題摘要

結構的連續倒塌是由於意外荷載作用下造成結構的局部破壞，並因此引發結構連鎖反應而導致破壞向結構的其它部分擴散，最終使結構主體喪失承載力，造成結構的大範圍坍塌。近年來，高層建築結構連續倒塌破壞事故頻發，造成了極大的人員傷亡和財產損失。因此，結構的連續倒塌破壞已經成為嚴重威脅公共安全的重要問題，因而研究高層建築結構連續倒塌破壞機理和評價方法具有十分重要的理論意義和工程套用價值。 本項目首先對典型的鋼筋混凝土梁、柱和樑柱節點構件進行不同載入速率下的動態破壞試驗，研究三類鋼筋混凝土構件的動態破壞機理以及載入速率對其開裂、屈服和極限強度，開裂、屈服和極限位移，剛度，延性，破壞特性和滯回耗能性能的影響，並對鋼筋混凝土構件動態試驗進行了數值模擬，且與現有模型計算結果進行了比較。 其次，基於鋼筋混凝土構件動態試驗成果，引入了載入速率對鋼筋混凝土構件屈服強度和極限強度、屈服位移和極限位移的影響，考慮鋼筋混凝土構件滯回曲線的捏縮效應和鋼筋混凝土構件在極限位移後的強度退化，對典型的鋼筋混凝土構件雙摺線模型進行了修正。利用模型對鋼筋混凝土柱進行數值模擬分析，並與試驗結果和現有的兩個模型結果進行對比來驗證該模型的正確性，對鋼筋混凝土柱的地震反應進行了分析，驗證了模型在地震作用下的適用性。 再次，將建立的鋼筋混凝土恢復力模型和構件失效判別準則加入到軟體中，進行了不同載入速率下框架結構模型動力反應分析和倒塌過程比較分析，研究應變率效應對結構抗連續倒塌性能的影響。 再次，研究了鋼筋混凝土框架結構連續倒塌非線性動力分析方法中的影響因素，研究了構件失效時間，結構阻尼和構件失效位置對結構動力反應的影響；研究了鋼筋混凝土框架結構連續倒塌非線性靜力分析方法中的動力放大係數的取值，系統性地研究了結構的最大塑性轉角、高度、寬度、配筋率及跨度對動力放大係數的影響。 最後，對鋼筋混凝土梁、柱的極限承載力失效模式進行分析，給出其相應的功能函式並採用JC驗算點法進行可靠度分析；研究鋼筋混凝土梁彎曲、剪下失效模式可靠度影響因素，定義反映構件在結構抗連續倒塌過中重要性程度的指標—失效影響係數，研究梁、柱失效影響係數分布規律，比較各構件在結構抵禦連續倒塌時的重要性。結合可靠度指標和構件的失效影響係數，提出衡量RC框架結構某構件引發結構連續倒塌的機率指標及計算步驟並給出評價方法。