填充墙及轴-剪耦合对RC框架-填充墙结构抗整体性倒塌能力的影响

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地震灾害是人类面临的最大威胁之一,大震或特大震作用下会造成数以万计的建筑房屋损坏或倒塌,进而造成大量人员伤亡和无法估量的财产损失。因此关于大震作用下建筑结构抗倒塌研究是结构工程界必需思考的课题。目前,基于大震和特大震下倒塌率目标的抗震分析与设计是结构抗震领域的主要发展方向,而大震及特大震作用下结构抗整体性倒塌能力的准确评估是其中的关键科学问题。  首先本文对国内外结构抗整体倒塌能力的研究工作进行了简要总结,介绍了结构抗整体性倒塌的国内外研究发展现状及评估方法。  然后,对考虑填充墙平面内外相互作用的SAT模型和纤维离散化的梁柱单元模型进行了比较详细的说明。重点阐述了考虑填充墙平面内外相互作用的纤维离散化梁柱单元模型,并分析了纤维离散化梁柱单元模型中的平面内外相互作用,提出在RC框架结构抗倒塌能力评估时应将填充墙平面内外相互作用引入到数值分析模型中。  由于目前存在的数值分析模型不能较好地模拟构件的剪切效应,第三章着重介绍了由Elwood等人提出的纤维梁柱单元和剪切弹簧串联来模拟弯曲机制与剪切机制以及二者耦合之间的方法。文中详细介绍了该串联模型的原理以及弯曲效应与剪切效应的耦合。最后简单介绍了该串联模型在Opensees非线性分析软件中的实现途径。  基于模拟填充墙的纤维离散化的梁柱单元模型,第四章利用Opensees分析软件,对某倒塌试验的4层钢筋混凝土框架-填充墙结构进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果的对比表明考虑平面内外相互作用的纤维离散化梁-柱单元模型模拟框架-填充墙结构中的填充墙是有效的。  基于纤维离散化的梁柱单元模型及第四章振动台试验的结果,第五章利用Opensees分析软件对某钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼,区分考虑和不考虑填充墙平面内外相互作用两种情况,分别建立三维空间模型,进行了静力推覆分析和增量动力分析,分析结果对比表明不考虑填充墙平面内外相互作用会明显低估结构的抗倒塌能力。  基于梁柱单元与轴向弹簧、剪切弹簧串联的模型,最后利用Opensees分析软件对某振动台实验的四层2跨的框架-填充墙结构,区分考虑和不考虑混凝土柱的轴向-剪切耦合两种情况,分别建立三维空间模型,进行了静力推覆分析和增量动力分析,分析结果对比表明不考虑混凝土柱的轴向-剪切耦合会明显高估结构的抗倒塌能力。
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