填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

底商多层砌体房屋地震倒塌机理及加固方法研究

<正>我国地震多发且震害严重,震害的主要表现是人员伤亡,而导致人员伤亡的最重要因素是房屋倒塌。汶川地震显示,在我国中小城镇,地震破坏严重的建筑结构类型主要有底商多层砌体结构、多层RC框架结构、多层砖混结构,其中极震区底商多层砌体结构倒塌比率达85%。分析这类房屋倒塌机理,提出相应的抗倒塌设计方法及对既有建筑抗倒塌加固方法十分必要。本文通过对汶川地震极震区中底商多层砌体结构好、坏两种典型代表进行深入剖析,通     

学校多层RC框架结构地震倒塌机理研究

多层钢筋混凝土(RC)框架结构广泛用于学校、医院和办公建筑中,近年发生的多次破坏性地震中,大量RC框架结构发生粉碎性倒塌,造成大量人员伤亡。而位于同一场地的一般多层砖混结构反而不倒塌。这显示出工程界对RC框架倒塌机理的认识尚不深刻,抗震设计的结果与期望值还有很大差距。本文选取汶川地震中位于极震区的两栋典型结构作为研究对象,代表一般学校多层RC框架的漩口中学教学楼发生倒塌,而北川盐务局职工宿舍楼结构则由于底层框架柱增设适量翼墙而未倒。本文通过地震模拟振动台试验对两者的抗震性能进行了深入研究,剖析前者的倒塌机理,探讨翼墙-框架结构体系的地震响应特点。主要结果有:(1)依据国内外多次地震震害资料,总结了多层RC框架结构震害特点,重点对汶川地震极震区的两个具体结构的构造特点和实际震害进行描述。(2)通过振动台试验,研究了漩口中学结构模型地震响应规律、宏观破坏模式。依据各关键测点的实测数据和倒塌过程,分析了触发倒塌的主要原因。指出局部设置的半高填充墙显著增大了刚度,降低了延性,是倒塌的关键因素。(3)因框架柱增设适量翼墙,北川盐务局职工宿舍历经强震而不倒。对翼墙框架结构体系的概念和抗震机制进行介绍,基于翼墙框架结构和纯框架结构的pushover分析,对比研究了其抗震性能、损伤和屈服模式。(4)为研究翼墙加固RC框架体系在强烈地震作用下的抗震性能和加固效果,完成了一个缩尺比为1:4的翼墙-框架结构模型振动台试验,定量分析了结构在设防小震、中震、大震以及更高强度地震动作用下的受力特征、动力反应和损伤机制。并对试验模型与未加翼墙的纯框架数值模型进行了动力有限元分析,对比得到二者抗震性能的差异。通过以上研究证明,通过翼墙加固多层RC框架结构可以大幅提高多层RC框架的抗震性能,且经济实用、布置方便,可作为抗倒塌措施应用推广。     

阶梯墙框架结构抗震性能及设计方法研究

<正>钢筋混凝土框架结构(简称RC框架结构)在我国建筑类型中所占的比例很大,尤其在抗震设防地区,它更是成为承担重要社会职能的多层公共建筑的首选结构形式。传统意义上普遍认为,RC框架结构具有较好的抗震性能,但历次地震的震害却突出的显示RC框架结构出现了大量与设计预期不相符的震害特点,其中底层薄弱的层屈服机制是一个非常普遍的典型破坏和倒塌模式。这种破坏模式往往会导致上部各层的连续坍塌,危害极大,而且即使在地     

地震动作用下单层砌体结构倒塌模拟

地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最直接原因。在地震救援时,救援人员对废墟形式的准确了解能够有效地提高救援效率。倒塌废墟形成规律的研究方法多种多样,利用数值方法模拟建筑物倒塌也是一种值得尝试的方法。利用数值方法进行结构倒塌模拟时可以通过程序开发分析,也可以直接使用显示动力分析软件分析。不管使用何种数值方法,结构构件的材料特性和断裂处理都直接影响着计算结果的准确度。本文基于显式动力分析软件LS-DYNA,使用winfrith材料模型和基于裂缝宽度相关的失效准则,进行了单层砌体振动台试验模型的倒塌模拟分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,此方法较为可靠,可进行砌体结构的倒塌模拟。     

极罕遇地震作用下RC框架结构抗震性能研究

第五代《中国地震参数区划图》(GB18306-2015)中在原有"常遇、设防和罕遇地震动"之外,引入了"极罕遇地震动"。但目前关于"极罕遇地震动"下RC框架结构抗震性能研究较少。本文研究了RC框架结构在四级地震作用下的抗震性能,并对比了结构在非脉冲地震动和脉冲型地震动下结构反应及其不确定性差异。结果表明:依据现有规范设计的RC框架结构在极罕遇地震下:远场非脉冲地震动引起的最大层间位移角均小于规范规定的防倒塌限值2%,但在近场脉冲地震动引起的最大层间位移角达到3.5%,大于规范规定的防倒塌限值2%,脉冲型地震动下结构反应的不确定性大于非脉冲型地震动下反应的不确定性。     

强震作用下砌体结构倒塌过程仿真分析

四川汶川地震中大量砌体房屋倒塌,造成巨大人员伤亡。为研究和预防砌体结构震害,本文概述了多层砌体房屋的主要震害特点,研究了砌体结构地震倒塌分析方法、失效单元与结构倒塌等关键技术问题。利用动力有限元程序LS-DYNA模拟了砌体结构的倒塌过程。仿真计算的结果与真实倒塌过程吻合较好,说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以对这种特殊的复杂破坏过程进行模拟分析和仿真。通过再现倒塌过程,发现了结构在强震作用下的薄弱环节,为提高砌体结构抗震性能研究、建立结构防倒塌机制提供了有力的技术支撑。     

新型柔性连接开洞填充墙RC框架结构平面外抗震性能

砌体填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构在强地震作用下容易损伤破坏,我国规范建议填充墙与框架之间采用彼此脱开或柔性连接做法,但这也增加了填充墙平面外倒塌的风险。基于此对一种新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构进行了平面外的拟静力试验研究,分析了其失效过程、受力特征和破坏模式。结果表明：砌体填充墙RC框架结构平面外承载能力主要依靠于拱承载机制,槽钢轨道可以有效提高框架对填充墙两侧的约束作用,防止填充墙与框架之间的相对滑动,有利于水平拱承载机制的形成。对比普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构,采用新型柔性连接的开洞砌体填充墙RC框架结构,平面外的峰值承载力和峰值承载力处割线刚度分别提高了44.14%和9.70%;新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构在峰值承载力状态下和极限承载力状态下,其罕遇地震作用加速度相比于普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构分别提高了81.03%和77.36%。因此,采用新型柔性连接构造可有效提高开洞砌体填充墙RC框架结构的承载能力,改善开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的稳定性,从而提高开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的抗...     

新疆塔什库尔干5.5级地震建筑结构震害

2017年5月11日新疆塔什库尔干5.5级地震给震区建筑结构造成了不同程度破坏。选择震区钢筋混凝土（RC）框架结构、砖混结构以及土石木结构等3类典型建筑结构,介绍了各类建筑结构地震破坏特点,分析了震害特征与破坏机理。结果表明:RC框架结构在地震中表现出了优异的抗震性能,即使在震中区,破坏也仅仅表现为非结构性破坏,如填充墙开裂和吊顶脱落等;砖混结构绝大多数抗震性能优良,仅震中区的少数建筑物发生了承重墙墙体开裂情况;土石木结构房屋抗震性能最差,地震破坏最为严重,是导致该次地震人员伤亡主要原因。建议地震高烈度设防区房屋建筑应采用抗震性能较好的RC框架结构和砖混结构,而抗震性能差的土石木建筑房屋应尽量避免继续建设和使用。结果可供类似地区房屋建设和建筑结构抗震设计等工作参考。     

考虑墙-框连接刚度影响的填充墙框架结构抗震性能分析

历史震害表明,填充墙与框架的连接刚度对框架结构的抗震性能有重要影响。我国《建筑抗震设计规范》(2010)建议"框架结构中的砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接",但对二者的具体连接刚度,规范并没有做出明确规定。运用ABAQUS软件,对前人开展的考虑填充墙与框架连接影响的框架结构拟静力试验进行数值模拟,对比分析填充墙框架结构破坏特征及滞回曲线等抗震性能指标,验证了有限元模型的可靠性。基于某典型框架结构,建立不考虑填充墙、考虑填充墙与框架不同连接刚度的框架结构有限元模型。模态分析表明,连接刚度对框架结构的频率影响较小,结构的动力特性趋于一致;多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明,合适的连接刚度可以提高结构的抗震性能。研究可为框架结构的抗震设计提供参考。     

按现行规范设计的Ⅷ度区RC框架结构的倒塌性能评估

选取按照现行规范设计的既有建筑进行有限元建模,考虑地震动的不确定性对其进行大量增量动力分析(IDA),得到模型的IDA曲线簇。在此基础上对其进行地震需求概率分析和概率抗震能力分析,拟合得到结构的易损性曲线,据此对结构的倒塌概率进行定量评估,并比较基于非线性分析与性能评估软件PERFORM-3D的纤维模型和塑性铰模型的分析结果。结果表明:按照我国现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架结构,在预期的罕遇地震作用下倒塌概率较小,可满足"大震不倒"的要求;基于PERFORM-3D的截面纤维模型所得的RC框架结构,经非线性分析所得的倒塌概率相对保守,安全储备更高。     

汶川地震房屋震害的一些现象分析

汶川8.0级地震造成了大量工程结构的破坏和倒塌,基于作者对此次地震重灾区房屋震害现场调查的第一手资料,分别从砖混、框架结构房屋及砖木、木构架结构民居等方面,分析了房屋的破坏形态,对其破坏原因进行了初步探讨。通过几个典型房屋震害现象,分析了建筑抗震结构形式的合理性问题。     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

关于提高中小学砌体建筑抗震能力的讨论

利用汶川8.0级地震特大发生后作者在极重灾区——四川省广元市青川县参加首批房屋应急评估工作期间收集的房屋震害资料,分析了砌体结构的震害特点和震害原因,对提高中小学砌体建筑抗震能力进行研究,从概念设计与计算分析两个方面对现行抗震设计规范的若干条文进行了讨论,提出了验算砌体结构抗倒塌能力的建议。     

汶川地震中都江堰市的房屋震害

对汶川地震中都江堰市1 005栋房屋的现场震害调查资料进行了统计分析。分析表明,经抗震设计的房屋的震害明显低于未经抗震设计的房屋,前者实现了预期的抗震设防目标;在经抗震设计房屋中,钢筋混凝土框架结构房屋的震害相对较轻,底框架砌体结构房屋和砌体结构房屋次之;中高层建筑和低层建筑的震害比多层建筑轻;学校、医院等公用建筑的损坏与住宅建筑相比较重。     

不同底部层高的RC框架结构地震易损性分析

为研究不同底部层高的钢筋混凝土框架结构的易损性,应用SAP2000软件,采用动力增量分析法分别对设防烈度为7度和8度区6个不同底部层高的框架结构在地震作用下进行了非线性时程分析,得到了地震易损性曲线和结构在极限状态下的地震动强度指标,经回归拟合得到了不同设防烈度区的结构的失效概率公式和结构倒塌储备系数(CMR)。研究表明:结构在弹性阶段的耗能能力较差,在弹塑性阶段表现出较好的延性耗能能力。同一抗震设防烈度的RC框架结构倒塌储备系数CMR随着底部层高的提高而线性降低,底部层高较高框架结构的抗地震倒塌能力与底层层高负相关,基于IDA方法得到了不同底部层高RC框架结构的失效概率计算公式和抗倒塌储备系数线性拟合公式,可供工程设计参考。     

基于震害资料的川西农居地震易损性研究

基于汶川地震等6次典型破坏性地震的震害调查资料,采用基于震害数据调查的经验分析法得出了川西地区农居建筑基于地震烈度的地震易损性矩阵,并采用房屋震害矩阵曲线化分析方法转化计算得出该地区基于地震峰值加速度的地震易损性矩阵。通过分析该地区5类农居建筑的破坏概率和对易损性指数的计算分析,得出不同结构农居建筑的抗震性能排序和抗倒塌能力排序,即穿斗木结构的抗震性能最好,土木结构的抗震性能最差,其余结构类型的抗震性能顺序依次是未设防砖混结构、砖木结构、砖石结构。同时,穿斗木结构的抗倒塌性能最好,然后依次是未设防砖混结构和砖木结构,而土木结构和砖石结构是抗倒塌性能最差的2种结构类型。     

基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法

为了实现钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)框架结构地震响应的快速预测，提出了一种基于人工神经网络的RC框架结构地震响应预测方法，设计低层、多层和小高层共3个典型RC框架结构作为研究对象，以四川雅安地区为目标场地，基于条件均值谱选取地震动记录作为输入并进行弹塑性时程分析，所得样本数据用于训练人工神经网络。以地震动强度信息和结构信息为输入预测结构响应，同时对模型进行参数敏感性分析。结果表明：建立的人工神经网络模型具有较好的泛化性能，平均谱加速度具有最高的平均影响值，提出的方法为快速预测RC框架结构地震响应提供了方法借鉴。     

漾濞6.4级地震穿斗木房屋震害特征及其原因简析

基于漾濞6.4级地震现场震害调查的结果,简要介绍了穿斗木构架民居的结构布置形式,对穿斗木结构的破坏现象进行分类和归纳,并得出穿斗木结构的整体破坏程度重于砌体结构与混凝土框架结构的结论。对比芦山7.0级地震中穿斗木结构震害较砌体结构和混凝土框架结构轻的现象,从地震动差异及围护墙差异两个方面给出了初步解释。结合现有的研究成果,对穿斗木结构的改进与加固提出了建议。     

考虑震害因子耦合作用的砌体建筑群破坏概率模型研究

砌体建筑群在地震中往往破坏严重损失巨大,合理评估地震作用对不同种类砌体结构造成破坏的风险变得至关重要。传统基于后验概率的地震危险性分析方法忽略了砌体建筑个体差异性的影响,未深入考虑多种震害因子的耦合作用。本文以华南地区砌体建筑群为例,开发了一种集成概率方法来对城市砌体结构的破坏风险进行建模,考虑建筑年代、层数、使用用途和墙厚四类震害因子的耦合影响,采用(Kolmogorov-Smirnov)K-S检验,在设定地震动参数下选取Gaussian分布、Log-Normal分布、Gumbel分布和Beta分布四种概率分布对该地区砌体建筑物的破坏状态概率分布参数进行拟合。通过均方根误差(Root Mean Square Error)RMSE进行拟合优度评价,最终建立基于Gaussian分布和Log-Normal分布的砌体建筑物破坏联合概率模型。最后,以华南地区三个城市典型砌体建筑物为例进行实例对比验证,将基于本文建立的建筑破坏概率模型推算出的砌体建筑群震害矩阵与基于单体结构分析得到的震害矩阵进行对比,与理论值最大偏差为0.033 3。研究表明：本文构建的集成概率方法能够获得更加合理的城市砌体建筑...