强震下高层建筑结构连续倒塌破坏机理与评价方法研究

对典型的钢筋混凝土构件进行动态破坏试验，研究钢筋混凝土构件的动态破坏机理以及加载速率对钢筋混凝土构件强度、刚度、延性、破坏特性和滞回耗能性能的影响，建立钢筋混凝土构件考虑强度退化和刚度退化的动力计算模型和破坏判别准则；利用申请者建立的混凝土动态塑性损伤本构模型，对钢筋混凝土构件进行动态试验数值模拟，验证各个构件的动力计算模型，并确定动力计算模型参数的取值方法和范围；采用弹塑性动态时程分析法，考虑构件动力效应、结构动力效应和P-△效应，对钢筋混凝土高层建筑结构进行连续倒塌破坏数值分析，探讨关键构件失效破坏机理和构件失效后结构荷载的传力路径及其对剩余结构的影响，分析结构连续倒塌破坏的过程，探讨结构连续倒塌破坏机理；采用构件失效影响系数表征钢筋混凝土构件的破坏评价指标，选取合适的结构抵抗连续倒塌破坏能力指标和计算方法，建立高层建筑结构抵抗连续倒塌破坏能力评价方法，并与数值模拟结果进行比较和验证。

结构的连续倒塌是由于意外荷载作用下造成结构的局部破坏，并因此引发结构连锁反应而导致破坏向结构的其它部分扩散，最终使结构主体丧失承载力，造成结构的大范围坍塌。近年来，高层建筑结构连续倒塌破坏事故频发，造成了极大的人员伤亡和财产损失。因此，结构的连续倒塌破坏已经成为严重威胁公共安全的重要问题，因而研究高层建筑结构连续倒塌破坏机理和评价方法具有十分重要的理论意义和工程应用价值。.本项目首先对典型的钢筋混凝土梁、柱和梁柱节点构件进行不同加载速率下的动态破坏试验，研究三类钢筋混凝土构件的动态破坏机理以及加载速率对其开裂、屈服和极限强度，开裂、屈服和极限位移，刚度，延性，破坏特性和滞回耗能性能的影响，并对钢筋混凝土构件动态试验进行了数值模拟，且与现有模型计算结果进行了比较。.其次，基于钢筋混凝土构件动态试验成果，引入了加载速率对钢筋混凝土构件屈服强度和极限强度、屈服位移和极限位移的影响，考虑钢筋混凝土构件滞回曲线的捏缩效应和钢筋混凝土构件在极限位移后的强度退化，对典型的钢筋混凝土构件双折线模型进行了修正。利用模型对钢筋混凝土柱进行数值模拟分析，并与试验结果和现有的两个模型结果进行对比来验证该模型的正确性，对钢筋混凝土柱的地震反应进行了分析，验证了模型在地震作用下的适用性。.再次，将建立的钢筋混凝土恢复力模型和构件失效判别准则加入到软件中，进行了不同加载速率下框架结构模型动力反应分析和倒塌过程比较分析，研究应变率效应对结构抗连续倒塌性能的影响。.再次，研究了钢筋混凝土框架结构连续倒塌非线性动力分析方法中的影响因素，研究了构件失效时间，结构阻尼和构件失效位置对结构动力反应的影响；研究了钢筋混凝土框架结构连续倒塌非线性静力分析方法中的动力放大系数的取值，系统性地研究了结构的最大塑性转角、高度、宽度、配筋率及跨度对动力放大系数的影响。.最后，对钢筋混凝土梁、柱的极限承载力失效模式进行分析，给出其相应的功能函数并采用JC验算点法进行可靠度分析；研究钢筋混凝土梁弯曲、剪切失效模式可靠度影响因素，定义反映构件在结构抗连续倒塌过中重要性程度的指标—失效影响系数，研究梁、柱失效影响系数分布规律，比较各构件在结构抵御连续倒塌时的重要性。结合可靠度指标和构件的失效影响系数，提出衡量RC框架结构某构件引发结构连续倒塌的概率指标及计算步骤并给出评价方法。