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两种结构典型震害现象分析

作　者: 丁宝荣
导　师: 孙景江
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 结构工程
关键词: 震害分析房间空旷多层砖砌体结构顶层空旷RC框架结构抗剪承载力
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,由于地震频繁发生,给灾区民众的生命及财产带来了重大损失。地震最大的威胁来自于土木工程设施的破坏,因此,总结分析各种结构的典型震害现象及破坏机理,继而采用较合理的结构抗震措施将对减少地震损失具有重要积极作用。有鉴于此,本文搜集整理了宁洱地震、汶川地震、青海玉树地震三次地震中房间空旷、横向通透的多层砖砌体结构及顶层空旷、重屋盖钢筋混凝土框架结构两种典型结构的震害资料,并对其破坏机理进行了深入研究。本文主要工作及结论如下:1、房间空旷、横向通透的多层砖砌体房屋的震害,表现为严重剪切斜裂缝并伴随砖砌块散落。为进一步研究此类结构震害机理,本文采用精细有限元法对具有实际震害资料的房间正常和房间空旷的砖砌体房屋进行地震反应分析对比,利用墙段平均抗剪能力储备系数为指标反映结构抗震能力,分析结果表明:(1)数值模拟结果表现为房间正常结构墙段平均储备系数均大于房间空旷结构,房间空旷结构中内纵墙的墙段平均储备系数在7度中震下小于1且明显低于外纵墙和横墙的墙段平均储备系数,与实际震害吻合。(2)砖砌体房屋不宜采用房间空旷布置,如若必须采用,则需提高砂浆强度等级或在砌体中加设横向钢筋等措施提高内纵墙的抗震承载力。2、我国有许多钢筋混凝土仿古框架结构,特点为屋盖重,顶层空旷,横向框架柱设置间距大,地震中破坏严重,主要表现为顶层柱沿梁下端边缘处被剪断,填充墙体与梁、柱连接部位有明显贯穿裂缝。为探讨此类结构的地震反应和抗震性能,本文建立三个模型,分别为震害结构原型模型,减轻原型结构屋盖重量模型和顶层加设横向柱模型。同时采用等效斜撑模型模拟填充墙以考虑填充墙的影响,输入典型地震波进行时程分析,将计算得到的剪力与柱抗剪承载力对比。分析结果表明:(1)因屋盖荷载大,顶层的地震力相对较大。此外由于顶层空旷,结构所受地震力仅由两侧柱和填充墙承担。在地震作用下,填充墙上部裂开,在裂开截面,地震力仅由柱头承担,发生剪切破坏;而在柱裂开截面以下,柱和填充墙协同工作共同抵抗地震作用,这一部分不易发生破坏。(2)数值模拟结果为原型模型顶层柱的剪力大于柱的抗剪承载力,减轻屋盖重量模型和顶层加设横向柱模型柱的剪力小于原型模型顶层柱的剪力。屋盖荷载减小,顶层地震作用减小,因此柱的剪力减小;顶层加设横向柱有效分担了两侧柱和填充墙的地震作用。(3)建议此类结构采用轻质材料屋盖,并合理增设框架柱,以提高结构抗震能力。本文的分析结果可为今后改进相关建筑结构的抗震性能提供有益参考。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究课题的背景及科学意义  11-12
  1.2 本文课题研究进展  12-13
    1.2.1 大开间多层砖砌体结构发展情况  12
    1.2.2 顶层空旷钢筋混凝土框架结构发展情况  12-13
  1.3 各章内容安排  13-15
第二章两种结构典型震害现象总结  15-27
  2.1 多层砖砌体结构震害总结  15-21
    2.1.1 墙体裂缝  15-17
    2.1.2 构造柱、圈梁破坏  17-18
    2.1.3 楼梯间破坏  18-19
    2.1.4 屋顶局部突出部位的震害  19
    2.1.5 局部倒塌或倒塌  19-21
    2.1.6 震害总结  21
  2.2 钢筋混凝土框架结构震害总结  21-27
    2.2.1 框架柱及梁柱节点破坏  21-24
    2.2.2 填充墙破坏  24-25
    2.2.3 楼梯破坏  25
    2.2.4 结构倒塌  25-27
第三章房间空旷砖砌体结构典型震害分析  27-43
  3.1 分析案例震害简介  27-30
    3.1.1 案例一——四川省什邡市红白镇某住宅楼  27-29
    3.1.2 案例二——青海省玉树县结古镇某公寓  29-30
  3.2 有限元分析模型  30-31
  3.3 计算模型的自振特性  31-33
  3.4 地震动选取与输入  33-36
    3.4.1 地震动选取  33-34
    3.4.2 地震动输入  34-36
  3.5 砖砌体结构抗剪承载力计算  36-37
    3.5.1 抗剪承载力计算公式  36
    3.5.2 抗剪能力储备  36
    3.5.3 各墙段抗剪承载力计算  36-37
  3.6 地震反应分析  37-42
  3.7 结论  42-43
第四章顶层空旷RC 框架结构震害分析  43-59
  4.1 案例三——普洱县某框架结构  43-46
    4.1.1 工程概况  43-44
    4.1.2 震后结构状况与损伤情况  44-46
  4.2 有限元分析模型  46-51
    4.2.1 分析模型概况  46-47
    4.2.2 填充墙模型  47-51
  4.3 自振特性  51-54
  4.4 框架结构柱抗剪承载力计算  54-55
    4.4.1 柱的抗剪承载力计算公式  54-55
    4.4.2 柱的抗剪承载力计算  55
  4.5 地震动的选取与输入  55-57
  4.6 地震动作用下顶层柱剪力  57-58
  4.7 结论  58-59
第五章结语与展望  59-61
  5.1 结语  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-63
致谢  63-64
作者简介  64
攻读硕士期间主要参与的课题  64

两种结构典型震害现象分析

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