带梁式转换层框支剪力墙结构的抗连续倒塌分析与鲁棒性评定

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结构连续倒塌问题自1968年Ronan Point公寓倒塌事件的发生便备受工程界的广泛重视,国内外专家学者已在相关领域进行深入研究并取得了丰硕的成果,但目前研究对象主要局限于典型框架或框架剪力墙结构,随着转换层结构的普遍应用,其安全问题更不容忽视。然而框架结构的倒塌失效模式及研究成果是否适用于转换层结构还需进一步探讨。由于转换层的存在,使得整体结构受力状态复杂,上下传力机制不连续贯通,其在抗连续倒塌方面缺少可靠的分析过程与实用的评价方法。因此,对转换层结构进行抗倒塌模拟不仅可以完善相关研究,而且为我国现行抗倒塌设计规范提供—定参考。本文基于备用荷载路径法,以带梁式转换层框支剪力墙结构为研究对象,对其作抗连续倒塌分析和鲁棒性评定。主要研究内容及分析结果如下:(1)本文以某一二层单跨框支剪力墙平面试验模型为参照,通过有限元建模分析验证梁柱构件塑性铰特征值和剪力墙分层壳单元的适用性,得到数值分析结果与试验结果几乎吻合,为框支剪力墙结构进行非线性分析提供依据。(2)基于备用荷载路径法,以某带梁式转换层的框支剪力墙结构为研究对象,在框支层选取不同的失效工况分别进行非线性动力分析,考察失效柱上部节点竖向位移变化以及剩余结构的内力重分布情况,进而对框支剪力墙结构的抗连续倒塌机制和受力规律进行总结。分析结果为:根据在各个工况下对失效点变形情况的比较可得首层位移>转换层位移,同—层不同位置柱失效的对应位移从大到小依次为角柱、内柱、长边中柱、短边中柱;承重柱失效后其相邻构件的不平衡内力分担情况遵循“就近原则”。(3)为了从定量的角度评估框支剪力墙结构的抗连续倒塌能力,基于竖向IDA分析法,根据不同失效工况下得到的荷载系数-位移曲线,采用结构的损伤强度比、剩余影响系数和强度冗余系数,定量评价框支剪力墙结构遭遇不同构件失效后剩余结构的冗余性及鲁棒性,并综合分析局部破坏对结构的抗连续倒塌性能的影响。由分析结果可知:转换层构件的刚度大却降低结构的整体延性,因此在此类结构设计阶段应注意结构的刚度与延性的有效结合;在正常使用情况下,结构在文中假设的失效工况下均不会发生倒塌,具有良好的鲁棒性。(4)根据本文研究内容,结合框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的受力状态,主要从结构平面布置、特殊构件设计、关键构件设计、构件间拉结作用等不同角度给出了防止此类结构发生连续倒塌和提高结构鲁棒性的具体措施。
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