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大震作用下考虑退化特性的RC框架结构抗整体性倒塌能力分析评估

作　者: 杨军平
导　师: 韩建平
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 强度退化刚度退化结构整体性倒塌增量动力分析抗倒塌能力评估
分类号: TU323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

地震灾害是人类面临的最大危胁之一，大震或特大震作用下会造成数以万计的建筑房屋损坏或倒塌，进而造成大量人员伤亡和无法估量的社会财产损失。因此关于大震作用下建筑结构抗倒塌研究是结构工程界必需思考的课题。目前，基于大震和特大震下倒塌率目标的抗震分析与设计是结构抗震领域的主要发展方向，而大震及特大震作用下结构抗整体性倒塌能力的准确评估是其中的关键科学问题。首先，论文对国内外结构抗倒塌能力的研究工作进行了总结，主要介绍了结构抗倒塌的国内外研究发展状及抗倒塌能力评估方法。简要概括了非线性分析基础理论。总结了三种RC结构非线性分析模型非线性分析模型的特点和适用条件。重点阐述了恢复力模型的特点，并分析了各种不同非线性模型中的多种微观本构关系模型和宏观本构关系模型的退化特性，提出在RC框架结构抗倒塌能力评估时应将退化特性引入到数值分析模型中。非线性时程分析是结构抗地震倒塌能力评估的必需手段，文中重点介绍了非线性时程分析理论，提出了非线性时程分析遇到的问题及解决方法，另外还详细介绍了OpenSees非线性分析软件平台，并利用该软件对一个悬臂柱进行静力推覆分析、低周循环拟静力分析和地震动时程分析。文中指出充分考虑结构数值模型退化特性与结构P-Δ效应的影响是实现准确模拟评估结构抗倒塌能力的关键。静力推覆分析与增量动力分析是目前结构静力和动力弹塑性分析的最好的手段，论文中详细阐述了通过增量动力分析获得结构抗倒塌能力易损性曲线及确定结构抗倒塌能力极限状态的方法。其次，论文中通过数值模拟结果与试验结果对比评估数值模型，提出基于具有退化特性的材料纤维截面单元模型可以很好的模拟RC结构或构件的非线性形为。最后，利用OpenSees分析软件建立一个单层RC框架结构分析模型和一个六层RC框架结构分析模型。以单层RC框架结构分析模型为例，研究了钢筋后期强度退化对结构整体性抗倒塌能力评估结果的影响，结果表明不考虑钢筋后期强度退化会明显高估结构的抗倒塌能力。以六层RC框架结构分析模型为例，研究了考虑钢筋后期强度退化及P-Δ效应的影响对多层RC框架结构抗整体倒塌能力。表明多层RC框架结构对地震动的离散性作用相比单层RC框架结构表现的更加复杂，且多层框架结构的强化现象更加明显。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-22
  1.1 前言  11-12
  1.2 结构抗倒塌研究发展历程  12-17
    1.2.1 结构抗连续性倒塌研究发展现状  14
    1.2.2 结构抗整体性倒塌国内外发展研究现状  14-17
  1.3 RC 结构非线性分析模型及本构关系模型理论的研究背景  17-19
    1.3.1 非线性分析模型选取  17
    1.3.2 本构关系模型选取及在结构抗倒塌研究中的应用  17-19
  1.4 RC 框架结构非线性分析理论的研究背景  19
  1.5 结构抗倒塌能力评估方法  19-21
  1.6 本文研究的目的和内容  21-22
第2章 RC 结构非线性分析模型研究  22-35
  2.1 前言  22
  2.2 非线性分析模型  22-26
    2.2.1 层间模型  22-23
    2.2.2 杆系模型  23-26
      2.2.2.1 连续型杆系模型  23
      2.2.2.2 离散型杆系模型  23-26
    2.2.3 杆系-层间模型  26
  2.3 恢复力模型  26-34
    2.3.1 恢复力模型分类  27-30
      2.3.1.1 材料本构关系模型  27-29
      2.3.1.2 塑性铰本构关系模型  29-30
      2.3.1.3 折线型恢复力模型和曲线型恢复力模型  30
    2.3.2 强度和刚度退化特性  30-34
      2.3.2.1 材料本构关系模型强度和刚度退化  31-32
      2.3.2.2 塑性铰滞回模型强度和刚度退化  32-34
  2.4 小结  34-35
第3章非线性时程分析理论与 OpenSees 分析平台  35-49
  3.1 前言  35
  3.2 地震波的选取  35-38
    3.2.1 地震波的选取原则  36-38
      3.2.1.1 典型强震记录的三种选择方法  36-38
  3.3 结构动力方程的建立与求解  38-40
    3.3.1 建立结构动力平衡方程的基本方法  38-39
    3.3.2 结构动力方程的求解  39-40
  3.4 非线性数值模拟分析中的问题  40-41
  3.5 OpenSees 计算分析平台  41-47
    3.5.1 OpenSees 分析组织架构与特点  42-45
    3.5.2 分析实例  45-47
      3.5.2.1 RC 悬臂柱静力推覆分析(push-over)  46
      3.5.2.2 RC 悬臂柱低周循环拟静力分析  46
      3.5.2.3 RC 悬臂柱地震作用非线性时程分析  46-47
  3.6 小结  47-49
第4章 RC 框架结构抗倒塌理论及评估方法研究  49-55
  4.1 前言  49-50
  4.2 退化模型  50
  4.3 P- 效应  50-52
  4.4 静力推覆分析和增量动力分析及结构抗倒塌能力评估方法  52-54
  4.5 小结  54-55
第5章 RC 框架结构拟静力倒塌试验与数值模拟研究  55-63
  5.1 前言  55
  5.2 试验概况  55-58
    5.2.1 试验模型与试验目的  55-57
    5.2.2 试验加载方式  57-58
  5.3 试验数据与试验结果  58-61
    5.3.1 实测水平位移数据  58-59
    5.3.2 试验各试件基底剪力与顶点位移的滞回曲线  59-61
  5.4 数值模拟与试验结果对比  61-62
    5.4.1 试验结果与数值模拟分析结果对比  61-62
    5.4.2 结果分析  62
  5.5 小结  62-63
第6章数值模拟评估 RC 框架结构抗整体性倒塌能力  63-76
  6.1 前言  63
  6.2 数值分析模型  63-67
    6.2.1 单层框架结构分析模型  63-65
    6.2.2 多层框架结构分析模型  65-67
  6.3 本文所选取的地震波  67-68
  6.4 单层框架结构体系抗倒塌分析计算与抗倒塌能力评估  68-72
    6.4.1 单层框架结构抗倒塌分析计算  68-70
      6.4.1.1 单层框架结构静力推覆分析与低周循环拟静力分析  68-69
      6.4.1.2 单层框架结构增量动力分析及 IDA 易性曲线  69-70
    6.4.2 单层框架结构抗整体性倒塌能力评估  70-71
    6.4.3 单层框架结构抗整体性倒塌能力评估结论  71-72
  6.5 多层 RC 框架结构抗整体倒塌分析计算与抗倒塌能力评估  72-75
    6.5.1 多层 RC 框架结构抗倒塌分析计算  72-74
      6.5.1.1 多层 RC 框架结构静力推覆分析  72-73
      6.5.1.2 多层 RC 框架结构增量动力分析  73-74
    6.5.2 多层 RC 框架结构抗整体性倒塌能力评估  74
    6.5.3 多层 RC 框架抗整体性倒塌能力评估结论  74-75
  6.6 小结  75-76
结论与展望  76-78
  结论  76-77
  展望  77-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
附录 A：攻读硕士学位期间所发表的学术论文  84-85
  发表的学术论文  84-85
附录 B：攻读硕士学位期间参与的工程项目与科研项目  85
  参与的工程项目  85
  参与的科研项目  85

大震作用下考虑退化特性的RC框架结构抗整体性倒塌能力分析评估

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