高層鋼結構地震倒塌模式控制與整體抗震能力設計方法

《高層鋼結構地震倒塌模式控制與整體抗震能力設計方法》是依託煙臺大學，由孫愛伏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高層鋼結構地震倒塌模式控制與整體抗震能力設計方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫愛伏
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

本項目通過對高層鋼結構在三維地震下的非線性動力災變全過程進行數值模擬，研究高層鋼結構在強震下的損傷演化規律和破壞全過程，揭示高層鋼結構的地震失效模式和倒塌機制，建立高層鋼結構整體倒塌極限狀態的地震失效準則。其次，提出跟蹤失效模式及其路徑、最佳化加強失效構件，從而消除前若干最弱失效模式或強化失效模式路徑等多種高層鋼結構的整體倒塌模式控制的方法。第三，通過結構整體倒塌模式控制方法，研究新的設計理念，最佳化結構參數和改善結構失效模式，提出高層鋼結構的整體抗震能力設計方法。最後，通過高層鋼結構倒塌模式分析、控制、設計及其模型試驗，驗證研究提出的方法和分析結果。本項目研究，可為我國高層鋼結構的抗震安全建設和防震減災提供科學依據，具有重要的理論和工程實際意義。

結題摘要

本項目主要研究了高層鋼結構的地震倒塌失效模式控制和整體抗震能力提升方法。失效模式控制的目的是，消除結構的薄弱層，最佳化結構的倒塌失效模式，提升結構的整體抗震能力，通過合理設計，在不顯著增加造價的情況下，提高結構的安全儲備。本項目以純鋼框架為例，研究了如何通過合理設計框架柱和梁的截面，對高層鋼結構進行倒塌失效模式控制，提出了高層鋼結構的“等損傷”的抗震設計方法。“等損傷”的抗震設計方法的核心內容是基於“同時破壞”的原則對框架柱進行設計，以柱的截麵塑性模量為設計指標，給出各樓層柱在強地震動作用下同時發生破壞所需的截麵塑性模量變化比率；另外，還給出了梁的設計方法；並探討了柱截面的變化位置。本設計方法可以消除高層鋼結構的薄弱層，使所設計的結構在強地震動作用下發生均勻破壞，各樓層的損傷程度相等，不但可以控制結構的最弱失效模式，還可以最大程度地提升結構的整體抗震能力。算例證明，該“等損傷”的抗震設計方法可行有效，且設計方便。該“等損傷”的抗震設計方法可以為高層鋼框架結構的抗震設計提供參考，最佳化結構的倒塌失效模式，提升結構的整體抗震能力，使結構具有較大的安全儲備。