【摘要】：建筑結(jié)構(gòu)在其使用過程中,極可能遭遇極端荷載,如地震、爆炸、沖擊,不可避免地造成建筑結(jié)構(gòu)局部損傷或者破壞,從而極可能導(dǎo)致大規(guī)模結(jié)構(gòu)破壞或連續(xù)倒塌的連鎖反應(yīng),如英國的Ronan Point公寓和美國的世界貿(mào)易中心。目前普通建筑結(jié)構(gòu)一般不采用抗連續(xù)倒塌設(shè)計,且國內(nèi)外對三維RC框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌機理研究甚少。已有的試驗研究和理論分析表明:抗連續(xù)倒塌機制由梁機制發(fā)展至空腹桁架機制,最后發(fā)展至材料強非線性以及幾何大變形的懸鏈線機制。然而現(xiàn)有模型未能很好的考慮懸鏈線機制。本文研究的目的是通過試驗與數(shù)值分析相結(jié)合的方法,研究RC框架結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)倒塌破壞機理,揭示RC框架結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)倒塌強非線性反應(yīng)的特征和規(guī)律,為RC框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計提供理論依據(jù),發(fā)展RC框架結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)倒塌的模擬方法,開發(fā)一種可以考慮懸鏈線機制的抗連續(xù)倒塌分析模型。主要工作包括:(1)以漩口中學(xué)教學(xué)樓為原型結(jié)構(gòu),設(shè)計了3個單層2×2跨1/3縮尺模型。包括2個帶樓板子結(jié)構(gòu)和1個純框架子結(jié)構(gòu)。通過擬靜力加載試驗研究RC框架結(jié)構(gòu)在拆除中柱狀態(tài)下的連續(xù)倒塌破壞過程,分析了子結(jié)構(gòu)的力-位移關(guān)系受力機理和關(guān)鍵截面的應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。(2)對比分析了帶樓板子結(jié)構(gòu)與純框架子結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果,考慮樓板與純框架相比,梁機制峰值承載力提高了145%,懸鏈線機制峰值承載力提高了75%。樓板顯著提高了梁機制和懸鏈機制的承載能力,提高了結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力。(3)研究了板厚對結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力的影響,增加板厚會導(dǎo)致樓板剛度大大增加,增加了梁板“壓拱效應(yīng)”,極大提高了梁機制承載力,然而大變形下梁板開始不協(xié)同作用,板發(fā)生沖切破壞,降低了懸鏈線階段的承載力和延性。(4)利用OpenSees平臺,開發(fā)出一種考慮懸鏈機制RC框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析模型:基于共旋坐標(biāo)法的力插值纖維單元�；诠残鴺�(biāo)法的力插值纖維單元的優(yōu)點是在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中考慮幾何非線性,在局部坐標(biāo)系內(nèi)考慮材料非線性,從而實現(xiàn)單元中材料非線性和幾何非線性完全分開考慮。經(jīng)過兩個算例的驗證,證明本文開發(fā)的連續(xù)倒塌分析模型能夠較準(zhǔn)確的模擬RC框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的梁機制和懸鏈機制,梁機制階段主要是材料非線性起控制作用,懸鏈線機制階段主要是幾何非線性起控制作用。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU375.4
【圖文】：

.1 研究背景結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌可能是由不同的荷載引起，如爆炸，地震或者其他極端意外載。根據(jù)這種過載原因，學(xué)者們對連續(xù)倒塌有著不同的解釋。但是，結(jié)構(gòu)的連續(xù)塌是一種極端現(xiàn)象，其發(fā)生原因是從初始的局部破壞部分牽連至其他部分，最終致整個結(jié)構(gòu)的損傷或不成比例的破壞。一些學(xué)者將“連續(xù)倒塌”和“不成比例倒塌行區(qū)分，連續(xù)倒塌是由于結(jié)構(gòu)相對較小部分的損傷或破壞引起結(jié)構(gòu)的全部或大分破壞，不成比例倒塌是與起因不成比例的結(jié)構(gòu)性倒塌(Nair,2004)�！督ㄖY(jié)構(gòu)倒塌設(shè)計規(guī)范》(CECS392-2014)中對連續(xù)倒塌的定義為：由初始的局部破壞，從件到構(gòu)件擴展，最終導(dǎo)致一部分結(jié)構(gòu)倒塌或整個結(jié)構(gòu)倒塌。連續(xù)倒塌是一種災(zāi)難的結(jié)構(gòu)失效機制。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般不考慮導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的極端荷載。所，連續(xù)倒塌事故的發(fā)生往往伴隨著嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失和社會影響(李易,2011)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌研究需要與連續(xù)倒塌案例相結(jié)合，案例在事故分析后能發(fā)現(xiàn)構(gòu)在抗連續(xù)倒塌設(shè)計中的不足，是抗連續(xù)倒塌研究中最為寶貴的資料。歷史上共三次重大連續(xù)倒塌事故，從而抗連續(xù)倒塌也成為了現(xiàn)今研究新熱點，見圖 1-1下是連續(xù)倒塌的案例(李易, 2011)：

中國地震局工程力學(xué)研究所碩士學(xué)位論文樓板由墻體支撐。然而，墻體和樓板之間連接并沒有任何可使荷載重分配的荷載徑，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌。自該事故以來，英國及其他國家政府開始要求結(jié)構(gòu)有整體性，有助于內(nèi)力重分配。例如，英國要求預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)需要對連接部分行加筋現(xiàn)澆，這樣就可提供一個可替代的荷載路徑，或者特定的局部阻力用以承偶然荷載(Orton,2007)。整體性，有助于內(nèi)力重分配。例如，英國要求預(yù)制混凝結(jié)構(gòu)需要對連接部分進行加筋現(xiàn)澆，這樣就可提供一個可替代的荷載路徑，或者定的局部阻力用以承受偶然荷載(Orton, 2007)。

圖 1-3 Murrah 大樓倒塌實景 圖 1-4 Murrah 大樓倒塌模擬圖 1-5 Murrah 大樓立面圖1.1.3 911 事件倒塌事故五角大樓與世貿(mào)雙塔在 2001 年 9 月 11 日分別遭遇飛機碰撞，由于世貿(mào)大樓為鋼結(jié)構(gòu)，受上部結(jié)構(gòu)塌落沖擊和飛機燃油起火導(dǎo)致重大連續(xù)倒塌事故，致 2996人死亡。五角大樓首層 30 根立柱被撞毀，20 根立柱遭遇不同程度損傷，形成約長 23米，寬 70 米從第一層到第二層的通道。即使在一樓立柱遭到如此嚴(yán)重的破壞的情

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本文編號：2775445