钢筋混凝土构件抗倒塌 PPT课件

钢筋混凝土构件抗倒塌性能研究 2020 4 7 1 北京工业大学博士开题报告目录 1 2 3 4 5 2020 4 7 2 1 选题的背景和意义 倒塌是建筑结构最为严重的破坏状态 它因使结构永久性丧失使用功能而造成巨大的经济损失和人员伤亡 因此 深入研究强震作用下建筑结构倒塌机理 为结构抗倒塌设计及倒塌控制提供理论参考 这对于保障建筑结构及人民生命财产的安全有十分重要的意义 理解倒塌的机理 分析倒塌的原因 研究有效提高结构抗倒塌能力的途径和手段 始终是抗震研究的主要内容 2020 4 7 3 1 选题的背景和意义 结构倒塌 侧向倒塌则是由于结构侧向塑性变形过大而引起的侧向承载力丧失 竖向倒塌是由于结构中某一构件由于丧失承载能力退出工作 而引起的结构连续倒塌 结构在地震作用下的倒塌过程可视为2类倒塌的相继发生 即 在地震作用下 结构逐渐出现较大的塑性变形 当某一构件的损伤过大 随即退出工作 进入结构竖向倒塌过程 侧向倒塌作为结构地震倒塌过程的第一阶段 是预测和控制结构发生倒塌的关键 2020 4 7 4 1 选题的背景和意义 钢筋混凝土结构中的梁 柱 剪力墙等是组成结构体系的主要构件 因此 提高材料与构件损伤破坏衡量的准确性就成为准确判别结构侧向倒塌的的重要前提与基础 本课题旨在对地震力作用下构件破坏的全过程进行研究 着重研究构件的抗倒塌性能和破坏机理 建立基于倒塌破坏的恢复力模型 为判别结构倒塌提供理论支撑 抗倒塌性能 从屈服到丧失侧向承载力这一过程的性能为抗倒塌性能 2020 4 7 5 2 1国内外构件抗震性能研究现状 一 研究内容 1 上世纪90年代以前 重点在于探讨钢筋混凝土构件的滞回特性 破坏模式 恢复力模型以及影响延性的各种因素 主要是剪跨比 轴压比 配箍率 保护层厚度等 2 90年代以后 国内外对混凝土构件的研究主要集中在箍筋形式 高强混凝土 高强箍筋约束混凝土 不同加载方式 异形界面等方面 研究重点则放在验证规范规定的合理性方面 2020 4 7 6 2 1国内外结构倒塌研究现状 1 抗震试验方法和手段 低周反复加载试验 动力加载试验 拟动力试验 2 2020 4 7 7 2 1国内外构件抗震性能研究现状 2020 4 7 8 2 2国内外恢复力模型研究现状 就钢筋混凝土结构而言 恢复力模型的研究可以分为两个层次 第一层次是材料的恢复力模型 主要用于描述钢筋及混凝土的应力 应变滞回关系 它是钢筋混凝土构件恢复力模型计算的基础 第二层次是构件的恢复力模型 主要用于描述构件截面的弯矩 曲率滞回关系或构件的P 滞回关系 2020 4 7 9 2 2国内外恢复力模型研究现状 曲线型模型 兰伯格 奥斯古德 Romberg Osgood 刚度连续折线型模型 克拉夫退化双线型模型 武田三线型模型 三线型模型 四线型模型 2020 4 7 10 2020 4 7 11 2 2国内外恢复力模型研究现状 方法 理论计算法 偏心受压理论 试验拟合法 2020 4 7 12 2 2国内外恢复力模型研究现状 OA段 AB段 强化段 下降段 朱伯龙张琨联 2020 4 7 13 2 3目前研究存在的问题 1 在现有的构件抗震试验研究中 常常人为的引入破坏标准终止试验 如承载能力下降到极限荷载的85 构件实际上并未进入最终倒塌破坏状态 因此 所得到的数据不能为抗震倒塌弹塑性分析和设计提供充分的试验依据 2 在几个比较常用的模型中 Bi linear模型和Clough模型应用起来比较简单 但一般只适用于具有梭形滞回曲线的单纯受弯构件 3 钢筋混凝土结构弹塑性地震反应分析中应用大多数模型都没有考虑结构大变形过程中可能出现的负刚度现象 2020 4 7 14 3 研究内容和方法 本课题的研究重点是通过四种不同的钢筋混凝土结构构件柱 板梁 剪力墙和连梁在研究抗震性能的基础上 进行低周反复荷载试验 分析四种构件抗倒塌破坏性能 并建立考虑构件破坏全过程的恢复力模型及计算公式 2020 4 7 15 3 研究内容和方法 2020 4 7 16 3 研究内容和方法 测试内容 钢筋和混凝土的应变规律 截面曲率 承载力 柱端位移 滞回曲线 观察破坏特征及过程 试验目的 研究4种构件的抗倒塌能 总结出抗倒塌破坏过程中4种构件承载力 位移 强度和刚度退化 延性 耗能等性能指标 建立恢复力模型 以试验中获得的恢复力与变形的关系曲线经适当抽象和简化建立基于抗倒塌性能的恢复力数学模型 2020 4 7 17 4 本课题创新点及成果 通过低周反复荷载试验最大限度地获取试验构件从开始加载到最终倒塌极限状态过程中各种试验构件的性能指标 承载力 刚度 变形能力 耗能能力以及破坏特征等 最终建立基于抗倒塌分析的钢筋混凝土构件恢复力模型 运用建立的恢复力模型对构件进行抗倒塌的数值模拟 从构件的破坏特征着手 研究构件破坏机理 提出构件累计损伤指标和破坏准则 为最终钢筋混凝土结构抗地震倒塌的定量设计及计算分析提供理论依据 2020 4 7 18 4 本课题创新点及成果 1 四种构件的滞回全曲线 考虑下降段骨架全曲线 2 由试验数据拟合出四种构件的基于抗倒塌破坏的精细化恢复力模型 3 提出基于构件破坏的混凝土结构倒塌失效准则 4 在核心刊物上发表学术论文3篇以上 2020 4 7 19 5 课题进度安排 2011 09 2011 12阅读文献 掌握理论知识 确定研究方案 2013 01 2013 06撰写小论文 2013 07 2014 03完成学位论文 准备毕业答辩 2012 01 2012 12确定实验方案 准备试验 进行试验 试验结果处理 2020 4 7 20 2 1国内外结构倒塌研究现状 1998年Corley等对美国俄克拉荷马州城市联邦政府工作大楼由爆炸引起的倒塌破坏进行了灾害调查分析 认为对新建建筑进行细部设计时可通过增大结构延性来改善结构抗连续倒塌性能 对已建结构则可通过对柱进行局部加固 增加填充墙或抗弯框架形成多重防线来改进结构的抗倒塌能力 进入21世纪以来 随着突发事件 煤气爆炸 恐怖袭击和汽车撞击等 日益增多和特大地震频繁发生 结构抗连续倒塌性能研究引起了越来越多的科研工作者的关注 2020 4 7 21 2 2试验手段和对象研究现状 试验研究手段从最初的拟动力子结构试验逐步扩展至足尺振动台试验 现场抗倒塌性能试验研究成果也时有发表 随着数值分析技术的日益成熟和通用 专用 分析程序逐步推广应用 研究方法从灾害调查分析为主逐步扩展为以总结灾害经验和数值分析二者并重 研究对象从理想的单自由度体系延伸至较符合实际工程的多自由度体系 部分文献中甚至研究了填充墙的影响 需要指出的是现阶段的研究主要集中于框架结构 2020 4 7 22 2 3关于倒塌准则的研究现状 倒塌破坏的判别准则 2020 4 7 23 2 3关于倒塌准则的研究现状 1 基于变形所建立的倒塌破坏的判别准则对于多自由度结构的弹塑性反应 一般都以结构的整体变形超过给定的限值或结构主要承重构件破坏作为结构的破坏标准 对于这方面的内容 国内外都做了大量的研究 但是分歧不断 在动力载荷作用下结构的变形仅仅反应了结构刚度的大小 并不能真正揭示破坏的原因 在实际的地震中 有些结构可能会发生很大的变形 它只是影响结构的安全性 耐久性等 并不倒塌 一些研究者指出 钢筋混凝土框架结构在地震力作用下的破坏用结构内部未达到极限状态时的某一变形值作为依据可能导致错误的评价 用变形作为结构倒塌破坏的判别准则 已经引起了国内外许多学者的怀疑 2020 4 7 24 2 3关于倒塌准则的研究现状 2 基于最大位移和能量双重标准所建立的倒塌破坏的判断准则地震作为一种随机往复载荷 对于结构的破坏是一个损伤累计的过程 用强度准则和变形准则很难描述这一现象 同时大量实际灾害表明 地震序列对结构的损伤破坏有很大的影响 例如如果主震为中震 则小余震对结构的损伤程度影响不大 如果主震为大震 则小余震也会使结构出现异常 在此情况下 若余震为中震 则结构可能在瞬时就要发生倒塌破坏 这说明首次超越极限的位移对结构破坏具有很大的影响 仅用能量准则很难解释这一情况 结合这两方面提出了位移 能量双重破坏准则 认为结构的破坏是由变形和能量积累消耗两方面造成的 比较有代表性的是Ang Wen和Park等人提出的最大反应变形和累计耗能的线性组合地震损伤模型 2020 4 7 25 2 3关于倒塌准则的研究现状 3 基于刚度所建立的倒塌破坏的判别准则结构刚度退化的主要原因是构件屈服后的弹塑性变形和累积损伤 这种损伤主要表现在混凝土裂纹的发生 发展和钢筋与混凝土之间粘结滑移的破坏 钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的刚度准则是与结构的恢复力滞回曲线密切相关的 目前有关刚度退化规律的研究人员大都集中于结构的恢复力滞回曲线模型的建立 而结构的恢复力曲线受试验设备影响较大 所以结构刚度退化可靠度较差 比较难以操作 同时破坏过程中结构自振频率发生变化 2020 4 7 26 2 4目前研究所存在的问题 1 目前对抗倒塌的研究主要集中在竖向倒塌问题上 对侧向倒塌及结构屈服到侧向倒塌这一过程的研究相对较少 2 实际工程更为关注的往往是结构倒塌的临界状态 而并非倒塌过程中的结构响应 因此 结构倒塌全过程描述方法目前还难以用于实际结构的倒塌分析 3 在现有的构件抗震试验研究中 常常人为的引入破坏标准终止试验 如承载能力下降到极限荷载的85 构件实际上并未进入最终倒塌破坏状态 因此 所得到的数据不能为抗震倒塌弹塑性分析和