考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震倒塌破壞仿真分析.pdf

1、　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震研究大多采用剛性地基假定，沒(méi)有充分考慮土層對(duì)地震波的過(guò)濾和放大效應(yīng)，同時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析主要集中在彈塑性變形階段，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞以后的研究較少，因此進(jìn)行考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌破壞分析和研究具有一定的重要性和實(shí)際意義。
　　本文通過(guò)對(duì)大量相關(guān)文獻(xiàn)的概括總結(jié)，評(píng)述了國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌研究的現(xiàn)狀與發(fā)展水平，對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的數(shù)值方法進(jìn)行歸納總結(jié)，基于結(jié)構(gòu)抗

2、震理論確定了動(dòng)力相互作用體系的分析模型。在研究土體材料和鋼筋混凝土材料本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，確定適合土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用體系地震倒塌分析的材料本構(gòu)模型，特別是在鋼筋混凝土材料模型中引入損傷破壞限值，利用LS-DYNA軟件中的Mat_Concrete_Damage材料模型及 Erosion 算法，以綜合考慮混凝土材料的損傷軟化、應(yīng)變率效應(yīng)、斷裂失效等多種特性，模擬鋼筋混凝土材料在地震作用下的破壞情況。通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)，確定出適合于倒塌破壞研究

3、的各種材料模型參數(shù)。
　　建立土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用體系的有限元分析方案。通過(guò)合理的選取單元，輸入地震動(dòng)參數(shù)及考慮重力等因素的影響，建立了剛性地基及考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)三維動(dòng)力有限元分析模型。利用仿真程序模擬得到的裂縫分布及破壞過(guò)程與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的結(jié)果十分吻合，證明用LS-DYNA軟件對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒塌破壞研究是可行的。通過(guò)對(duì)剛性地基條件與考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用兩種情況下框架結(jié)構(gòu)從變形、開(kāi)裂直至最終倒

4、塌的全過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，得出如下主要結(jié)論：
　　(1)剛性地基條件下五層、十層、十五層框架結(jié)構(gòu)的各個(gè)樓層加速度峰值在不同剛度條件下沿高度的變化趨勢(shì)大致相同。頂層加速度峰值隨結(jié)構(gòu)剛度的增大而增大，結(jié)構(gòu)的層數(shù)越多，頂層加速度峰值相對(duì)地面的放大系數(shù)越大；
　　(2)剛性地基條件下結(jié)構(gòu)首個(gè)破壞點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間隨剛度的增大有所延遲。在相同剛度條件下，層數(shù)越多結(jié)構(gòu)破壞越快。五層框架結(jié)構(gòu)的初始破壞點(diǎn)均出現(xiàn)在底層邊框架的梁底柱邊，十層和十五

5、層框架結(jié)構(gòu)的首個(gè)破壞點(diǎn)則出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的上部樓層，這主要是由于結(jié)構(gòu)高振型的影響；
　　(3)土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用體系的自振頻率低于剛性地基時(shí)結(jié)構(gòu)的自振頻率，且硬土地基時(shí)體系的自振頻率高于軟土地基。相對(duì)于剛性地基條件，水平加速度峰值沿樓層的變化更加均勻，加速度峰值在大多數(shù)樓層有所折減，但在十層和十五層框架結(jié)構(gòu)中個(gè)別樓層也出現(xiàn)了折減系數(shù)大于1的情況，因而剛性地基假定下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)并不一定安全；
　　(4)土-結(jié)構(gòu)相互作用體系相

6、比剛性地基出現(xiàn)破壞點(diǎn)的時(shí)間有所延遲，同時(shí)硬土地基條件下的多數(shù)結(jié)構(gòu)破壞點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間早于軟土地基，說(shuō)明軟土地基時(shí)相互作用的效果比較明顯。上部結(jié)構(gòu)的初始破壞位置均出現(xiàn)在框架底層的梁底柱邊，與剛性地基的情況不完全一致。裂縫情況與剛性地基時(shí)相比發(fā)展的要少一些，同時(shí)體系在輸入地震波后，發(fā)生了整體沉降的現(xiàn)象，在軟土地基條件下沉降更為嚴(yán)重；
　　(5)在地震作用下所有模型結(jié)構(gòu)的各層梁柱交替發(fā)生破壞，屬于混合倒塌機(jī)制。下部樓層破壞較為嚴(yán)重，這主要