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连续倒塌是指由意外事件(如火灾、燃气爆炸、恐怖袭击、交通工具撞击、人为设计和建造失误、环境腐蚀等)造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应所导致的整体结构大范围破坏甚至倒塌。连续倒塌可以从倒塌破坏的扩展或传播方向上划分为竖向连续倒塌和水平向连续倒塌。这两种连续倒塌具有不同的破坏机理,并引起不同影响范围的倒塌后果。现有钢筋混凝土(RC)框架结构的连续倒塌研究和设计主要针对竖向连续倒塌模式。因竖向构件抗侧能力不足而引起的水平向连续倒塌模式会引起破坏在更大范围内传播,然而目前针对RC框架结构水平向连续倒塌并没有开展相关研究。 本文在国家自然科学基金项目“RC框架结构水平向连续倒塌试验和设计理论研究(51208011)”的资助下,对RC框架结构水平向连续倒塌受力机理、倒塌抗力和结构抗倒塌性能评价方法进行了分析和研究,主要工作和成果如下: 1.设计了5个RC框架子结构试件,其中包括一个竖向连续倒塌对比试件,对其开展了连续倒塌静力试验。试验考虑了不同受力水平和不同边界条件对结构水平向连续倒塌破坏机理和抗力的影响,对比分析了钢筋混凝土框架水平向连续倒塌在压拱机制和悬链线机制下承载力的计算方法。结果表明:RC框架结构在水平向连续倒塌的最终破坏形式为梁端和柱底发生塑性破坏、框架形成机构,整个水平向连续倒塌过程是由框架柱失效来控制的。柱对梁板水平约束的不足导致梁板在压拱机制下发生了较大的竖向位移,使得梁板内压力对该阶段下框架倒塌抗力贡献有所降低,但是对总抗力影响不大,经计算发现采用刚性约束假设的压拱机制承载力计算方法可以较为准确估算出水平向连续倒塌的倒塌抗力;结构在悬链线机制下的倒塌抗力由框架柱提供的水平约束的刚度和强度决定,当约束不足时框架倒塌抗力随竖向位移的增大不升反降,因此当框架柱承载力达到峰值时,结构悬链线机制倒塌抗力达到最大,这与竖向连续倒塌试验结果截然相反。经计算发现采用苏幼坡法可以较为准确估算出水平向连续倒塌悬链线机制的倒塌抗力。最后,给出了RC框架结构水平连续倒塌工程设计建议,应该以压拱机制下的抗力峰值作为设计上限。 2.提出了基于拆除构件分析的倒塌率指标和承载力储备指标,并在此基础上建立了结构倒塌易损性曲线,来整体衡量结构的抗连续倒塌性能。倒塌率指标和承载力指标建立在对所有典型局部初始破坏的分析上,不依赖于某一个特定的局部初始破坏,因此能够客观反映整体结构系统的抗连续倒塌性能。同时,由于结构倒塌易损性曲线考虑了不同名义重力水平下的结构倒塌率变化,因而可以描述结构连续倒塌抗力储备的情况。然后,进一步提出了工程抗连续倒塌性能评价方法,来简便计算这些指标。最后,采用该方法对一混凝土框架结构和框剪结构进行了抗连续倒塌性能评价。数值算例结果表明:上述指标和曲线反映出的结构抗连续倒塌性能规律和理论分析一致,可以满足工程设计和优化的需求。 3.提出了RC框架结构抗毁伤能力快速判定方法。研究了典型框架结构的结构特征参数(包括楼层数、跨度和抗震设防烈度)与其抗毁伤能力的规律,给出了RC框架结构遭受多次袭击和不同袭击威力下的抗袭击次数计算方法。研究发现:当框架结构在遭受多次袭击时,对于抗震设防烈度越高,跨度越小的结构,其抗毁伤能力越强;对于抗震设防烈度和跨度相同,而层数越多的结构,其抗毁伤能力越强。当加大袭击威力时,结构发生完全破坏的袭击次数要显著降低。