典型RC框架结构地震倒塌机理研究

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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。这表明,人们对RC框架结构倒塌机理的认识与实际还有很大差距,因此,抗倒塌的设计水平远不能令人满意。迄今为止,国内外关于RC框架结构倒塌机理的认识都集中在“层屈服机制”上,并据此提出提高柱设计弯矩以实现“强柱弱梁”。大量实际震害表明,设有纵、横向填充墙的RC框架在强震作用下的变形模式既非“层屈服”也不是“强柱弱梁”。本文选取汶川地震中位于极震区中漩口中学教学楼作为研究对象,按1:4的比例再现了主体结构的柱、梁、楼板,特别是按照实际构造细节,设置了满砌的横向填充墙和带压顶的纵向半高连续填充墙。通过地震模拟振动台模型试验对结构的地震倒塌机理进行了深入探讨,认为RC框架结构在地震作用下的倒塌机理可以概括为“凝震聚力,个个击破”。论文主要结果如下。1.由于横向填充墙的约束作用,尽管结构沿纵向有偏心,但是测试表明结构整体没有扭转,结构各层楼板沿纵向按平动模式往复振动。2.由于楼板沿纵向平动,地震惯性力在同一层各柱间按柱的刚度比例进行分配,刚度大,承受的地震惯性力就大。受纵向半高连续填充墙(窗下墙)约束的柱侧向刚度显著增大,地震力向被墙约束的柱凝聚,并导致这样的柱率先破坏。3.由于各层楼板沿纵向平动,位于同一层的各柱上端水平位移相同,受半高连续填充墙约束的柱层间位移角(倾斜度)明显大于不受约束的柱,在重力作用下率先失效,从而引发更大范围的倒塌。
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