基于实际震害的结构倒塌机理研究

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jerryhua1987
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结构地震倒塌机理是土木工程师探索了百余年的世界难题。上世纪六十年代开始,工程界逐渐达成了“弱柱强梁进而引发层屈服机制”的共识。然而,就我国的震害实践看,遵循这一原理设计的房屋在强震作用下的表现截然不同。大量房屋倒塌的现实反过来促使学者就倒塌机理问题继续探究。本文从汶川地震大量的震害实例入手,对比分析倒塌与不倒塌建筑后提出“假说”,再通过振动台模型实验和构件组合体拟静力实验对“假说”进行验证,最后用结构力学理论统领,进而提出了可以概括为“内力凝聚”的倒塌机理新认识。论文主要工作如下:1、依据2008年汶川地震中两个极震区(北川和映秀)内近20栋典型建筑的建筑施工图,结合震害现场调查结果,分析、对比了倒塌和未倒塌房屋的实际构造特点,发现结构底层纵向各轴线总刚度之间的差异是引起倒塌的关键因素,提出了结构倒塌机理的“内力凝聚”假说。2、以漩口中学教学楼为原型,设计制作了两组有、无落地剪力墙的外廊式框架模型,并实施了地震模拟振动台对比试验,获得了两模型的加速度响应、位移响应、应变响应以及宏观破坏现象。底层框架柱的内力分配特征表明填充墙严重影响了柱间地震剪力占比,特别是受半高连续填充墙约束的框架柱自由高度小,抗侧刚度大,地震时分配到的水平剪力是不受约束柱的6~8倍,这也验证了基于“内力凝聚”结构倒塌机理的合理性。3、通过在弱刚度轴线一侧增设落地剪力墙,平衡了底层纵向各轴线的抗侧刚度,使两轴线上构件所承担的地震总剪力比∑FA:∑FC由7.4:1降为0.7:1,避免结构因内力凝聚而发生倒塌,是一种行之有效的外廊式框架结构抗倒塌设计方法。4、从底商多层砌体的实际震害特点出发,开展了无填充墙框架、先砌填充墙框架和后砌填充墙框架三组构件组合体的拟静力试验,分析表明底层各柱的约束条件不同,其抗侧刚度和延性差异巨大,少数构件会因内力凝聚而率先破坏,进而引发结构倒塌,而在此过程中,具备强延性特点的抗侧构件还尚未来得及发挥作用。
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