跨越地裂缝结构地震破坏机理与灾变控制方法研究

Ground fissure has a huge effect on structural security. In high intensity Ground fissure region, land resource would be wasted and city building and economic development would be limited if the avoiding principal for space is used .Based on basic theory of modern dynamic ,experiment mechanics, rupture mechanics and leading of energy analysis , mechanical behavior ，mechanism of seismic damage and controlling methods for collapse process on the building striding over and unable avoiding ground fissure will be researched in weakly active or nearly stable ground fissure . The mechanics model which ground fissure expand by earthquake will be built. The method for fine modeling of seismic damage the process and numerical value simulation will be studied,The relationship on collapse mechanism of building structure and design parameter in ground fissure will be found out and the coupling relationship on the part destroy and the whole invalidation will be discussed through vibration simulation test in Ground fissure .Assessment methods and countermeasure of energy analysis on building striding over ground fissure will be put forward. The research results will not only fill in some vacancies of disaster controlling scopes, but also be propitious to enhance utilizing ratio of the limit landing resource, property damages and casualty will be alleviated, which will have a good engineering application foreground.

地裂缝对工程结构的安全性影响巨大。在高烈度地裂缝地区，若仍采用空间避让原则，势必浪费有限的土地资源，制约城市建设与经济发展。本项目以现代动力学、实验力学、断裂力学等学科的基本理论为基础，以能量分析方法为主导，拟通过对跨越活动性较弱或趋于稳定的且无法避让的地裂缝结构进行受力性能、地震损伤破坏机理及其倒塌过程的控制方法研究，建立地震引发地裂缝扩展的能量释放力学模型；研究地裂缝环境下结构地震损伤全过程的精细化建模与实施其数值模拟的方法，寻找地裂缝环境下建筑结构倒塌机制与设计参数间的关系；通过地裂缝环境下建筑结构的振动模拟试验，探讨受控结构的局部破坏与整体失效以及它们之间的相互耦合关系；提出基于能量分析的跨越地裂缝结构动力灾变行为的评估方法和防治对策。该研究成果不仅将在理论上填补建筑结构在灾害控制领域中的一些空缺，而且有利于提高有限土地资源的利用率，减轻人员伤亡和财产损失，具有良好的工程应用前景。

地裂缝是一种常见的地质现象，它对工程结构的安全性影响巨大。在高烈度地裂缝的地区，若仍采用空间避让原则，势必浪费有限的土地资源，制约城市建设与经济发展。对此，为了研究跨越活动性较弱或趋于稳定的且无法避让的地裂缝结构的受力性能、地震损伤破坏机理及其控制方法，课题组以现代动力学、实验力学、断裂力学等学科的基本理论为基础，对跨越地裂缝结构进行了深入细致的研究。. 首先，分析了地震引发地裂缝扩展和地震波的传播过程，获得了上、下盘地表地震动反应时程曲线，找出了地裂缝场地的“放大效应”及“上、下盘效应”规律；其次，采用有限元法进行高烈度多维多点地震作用下跨地裂缝结构的非线性时程分析, 探讨了跨越地裂缝结构模型精细化建模与数值模拟的方法，找出了地裂缝环境下建筑结构倒塌机制与设计参数间的关系；最后，以钢筋混凝土框架结构与西安地裂缝f4为研究对象，进行了地裂缝场地动力反应模型试验、跨越地裂缝结构的地震振动台试验和加入耗能装置结构地震反应振动台对比试验。验证了剪切容器能够较好地解决模型试验的边界问题，获得了在不同的工况下地裂缝的扩展规律和地裂缝场地地震动参数响应规律，分析了跨越地裂缝框架结构在不同工况下的破坏形态、动力特性及层间最大位移、最大加速度和地震剪力等地震反应，提出了地裂缝和地震共同作用下上部结构的灾害防治措施。. 研究及试验结果表明，加载后，地裂缝场地地裂缝带变宽，走向发生偏移，同时出现扩展横向次生裂缝；其地裂缝场地的加速度、速度和位移反应均存在 “上、下盘效应”，上盘峰值及影响范围大于下盘，同一层土的最大加速度出现在靠近地裂缝的上盘处；随着地震激励的增加，跨越地裂缝结构各层加速度放大系数呈减小趋势；模型最大剪力出现在底层，与未跨越地裂缝结构特征相同；同时,在上部结构设置耗能装置可有效改善跨越地裂缝结构的抗震性能。.该研究成果不仅在理论上填补了建筑结构在灾害控制领域中的一些空缺，揭示了跨越地裂缝的破坏机理，为评价该类结构设计的可靠性提供了有力的依据，而且有利于提高有限土地资源的利用率，减轻人员伤亡和财产损失，具有良好的工程应用前景。利用本课题已发表论文15篇，申请专利4项，指导硕士研究生12名，博士研究生4名。