从变形饱和角度考察柔性结构地震动响应

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在2008年汶川地震得极震区之一,北川县城,绝大多数RC框架结构或者倒塌或者严重破坏,然而同为RC框架结构的禹荷花园酒店基本完好。该结构当时还未建成,结构主体框架仅建成6层,内部无填充墙。本文通过现场震害调查、拟静力试验和有限元模拟等方法,总结分析了RC框架结构震害现象,通过拟静力试验研究了填充墙对框架柱抗震性能的影响,并通过有限元动力时程分析,详细探究了禹荷花园酒店在不同峰值加速度的卧龙地震动输入下的抗震表现,试图揭示其具有超强抗震能力的原因。本文研究内容及成果如下:(1)根据实际震害情况总结了RC框架结构5种典型破坏情况,并对其成因进行了简要的分析。对漩口中学教学楼、北川建设局办公楼,禹荷花园酒店的震害现象进行了详细描述,并基于变形饱和理论分析了漩口中学教学楼、北川建设局办公楼破坏倒塌原因。(2)对无填充墙RC框架模型和带砌体填充墙RC框架模型开展拟静力试验,通过数据的对比分析得出,砌体填充墙的存在对框架柱抗侧刚度影响较大;无填充墙RC框架模型具有较强的延性和耗能能力;无填充墙RC框架模型的破坏模式是弯曲破坏,表现为“弱延”,而含砌体填充墙的RC框架模型则是剪切破坏,表现为“硬脆”形式。地震作用下,在同一平面内,会造成含砌体填充墙RC框架模型分配剪力较大,率先达到“变形饱和”,更易发生破坏甚至倒塌。(3)以拟静力试验模型为基础,通过ABAQUS软件建立了禹荷花园酒店的三维实体有限元模型,并对该模型进行了动力时程分析,确定地震波输入为卧龙地震动,将峰值加速度调幅为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g,分析原型结构在地震中的真实响应以及极限抗震能力输入。通过各对比各工况下原型结构的损伤发展规律、峰值加速度响应规律和层间位移响应情况。得出了禹荷花园酒店抗震能力超过了“大震不倒”的设防目标,在输入0.8g的卧龙波作用下仍能正常运行仅发生轻微破坏。(4)综合以上调查、试验和数值分析结果,作者认为禹荷花园酒店结构因为没有填充墙,避免了柱的内力凝聚,楼层中各柱侧向力—位移关系基本一致,都表现为“弱而延”,楼层地震剪力在各柱间大致均衡分配,这是其具有超强抗震能力的根本原因。正反对比分析的结果可供抗震设计借鉴。
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