發(fā)布時間：2020-06-16 03:34

【摘要】：現(xiàn)行規(guī)范中“小震不壞、中震可修和大震不倒”的三水準設計方法缺少“中震可修”、“大震不倒”和經(jīng)濟損失的量化方法。針對目前研究的不足,本文提出基于構件變形的結構抗震性能評估方法,以鋼筋混凝土(以下簡稱RC)框架結構為研究對象,開展地震易損性分析,對“中震可修”、“大震不倒”和地震損失等問題進行詳細的研究,旨在量化RC框架結構的抗倒塌能力、可修復能力和預期地震損失。主要研究內容和結論如下:(1)提出基于構件變形的結構抗震性能評估方法,給出符合延性措施的RC構件變形指標,以結構構件的真實破壞分布來判斷整體結構的性能水平,能夠反映結構的實際破壞狀態(tài),彌補現(xiàn)行規(guī)范在構件層次抗震性能評估的不足。(2)分析4種倒塌準則下的RC框架結構抗倒塌能力,對比不同倒塌準則下的結構破壞機制和構件破壞情況分布。發(fā)現(xiàn)規(guī)范中的彈塑性限值和第一構件失效作為倒塌準則趨于保守;結構剛度退化接近于0或結構動力失穩(wěn)時結構在某一層或幾層形成側傾機構,在一定程度上能夠反映實際結構的倒塌規(guī)律,可作為結構倒塌狀態(tài)的判斷準則。采用結構動力失穩(wěn)作為結構倒塌判別準則。(3)采用IDA方法分析48個RC框架結構在22條地震動下的抗倒塌能力,發(fā)現(xiàn)按現(xiàn)行規(guī)范設計結構的抗倒塌能力儲備系數(shù)主要分布在3.0~5.0之間;罕遇地震下RC框架結構的倒塌概率均值為4.02%,僅個別倒塌概率超出10%,基本能夠實現(xiàn)“大震不倒”的目標。(4)提出基于構件變形的RC框架結構可修復能力評估方法,以柱達到嚴重破壞或殘余層間位移角大于1.5%作為拆除判別準則。定義可修復能力儲備系數(shù)RMR,并分析了48個RC框架結構的RMR。發(fā)現(xiàn)按現(xiàn)行規(guī)范設計結構的RMR主要分布在2.5~4.5之間;在中等地震下,拆除概率平均值為1.90%,可以滿足“中震可修”;在罕遇和極罕遇地震下,拆除概率平均值分別為16.22%和56.75%,RC框架結構會面臨較高的拆除風險。(5)提出基于構件變形的RC框架結構地震損失評估方法,考慮結構倒塌和拆除對地震損失的影響,將地震損失分解為結構構件、非結構構件和牢固構件引起的損失,進一步分析了按規(guī)范設計結構的地震損失情況。發(fā)現(xiàn)RC框架結構的期望年度地震損失比主要分布在1.0~2.0(×10~(-3))之間;在小震和中震下的預期地震損失比均值分別為0.57%和3.56%,主要由結構修復造成的,且主要由非結構構件產生;罕遇地震下的預期地震損失比均值為19.96%,主要由拆除構成;極罕遇地震下的預期地震損失比均值為62.60%,主要由拆除和倒塌構成。(6)提出基于類桁架材料模型拓撲優(yōu)化方法研究RC框架結構的支撐構型,分析基于整體結構和單層單跨子結構的支撐構型。分析表明基于類桁架材料模型根本解決單元依賴、棋盤格等數(shù)值不穩(wěn)定問題,能夠根據(jù)工程需求提供適當?shù)闹�撐構�?基于整體結構的優(yōu)化支撐系統(tǒng)可優(yōu)先考慮采用,其次在規(guī)定條件下可以采用相應的單層單跨子結構優(yōu)化構型;且當跨高比不超過1.25時,X型支撐比V型或倒V型支撐更合理,而當跨高比大于1.50時,V型或倒V型支撐將是更有利的。(7)通過結構模態(tài)、靜力非線性和動力非線性分析,比較了不同支撐結構的剛度、承載力、延性、倒塌風險和預期地震損失。發(fā)現(xiàn)基于整體結構的鋼支撐系統(tǒng)能夠最有效地提高結構的承載力、剛度、抗倒塌能力與可修復能力,其次基于單層單跨子結構的支撐構型比其它支撐構型更有效;鋼支撐通過耗能有效地減輕了結構破壞,相應的經(jīng)濟損失得到降低;但鋼支撐屈曲會弱化結構加固的效果。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU311.3;TU375.4

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本文編號：2715471