高層鋼結(jié)構(gòu)地震倒塌模式控制與整體抗震能力設(shè)計(jì)方法項(xiàng)目摘要

本項(xiàng)目通過對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)在三維地震下的非線性動(dòng)力災(zāi)變?nèi)^程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究高層鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的損傷演化規(guī)律和破壞全過程，揭示高層鋼結(jié)構(gòu)的地震失效模式和倒塌機(jī)制，建立高層鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌極限狀態(tài)的地震失效準(zhǔn)則。其次，提出跟蹤失效模式及其路徑、優(yōu)化加強(qiáng)失效構(gòu)件，從而消除前若干最弱失效模式或強(qiáng)化失效模式路徑等多種高層鋼結(jié)構(gòu)的整體倒塌模式控制的方法。第三，通過結(jié)構(gòu)整體倒塌模式控制方法，研究新的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和改善結(jié)構(gòu)失效模式，提出高層鋼結(jié)構(gòu)的整體抗震能力設(shè)計(jì)方法。最后，通過高層鋼結(jié)構(gòu)倒塌模式分析、控制、設(shè)計(jì)及其模型試驗(yàn)，驗(yàn)證研究提出的方法和分析結(jié)果。本項(xiàng)目研究，可為我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震安全建設(shè)和防震減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論和工程實(shí)際意義。

本項(xiàng)目主要研究了高層鋼結(jié)構(gòu)的地震倒塌失效模式控制和整體抗震能力提升方法。失效模式控制的目的是，消除結(jié)構(gòu)的薄弱層，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的倒塌失效模式，提升結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，通過合理設(shè)計(jì)，在不顯著增加造價(jià)的情況下，提高結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。本項(xiàng)目以純鋼框架為例，研究了如何通過合理設(shè)計(jì)框架柱和梁的截面，對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒塌失效模式控制，提出了高層鋼結(jié)構(gòu)的“等損傷”的抗震設(shè)計(jì)方法。“等損傷”的抗震設(shè)計(jì)方法的核心內(nèi)容是基于“同時(shí)破壞”的原則對(duì)框架柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，以柱的截面塑性模量為設(shè)計(jì)指標(biāo)，給出各樓層柱在強(qiáng)地震動(dòng)作用下同時(shí)發(fā)生破壞所需的截面塑性模量變化比率；另外，還給出了梁的設(shè)計(jì)方法；并探討了柱截面的變化位置。本設(shè)計(jì)方法可以消除高層鋼結(jié)構(gòu)的薄弱層，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震動(dòng)作用下發(fā)生均勻破壞，各樓層的損傷程度相等，不但可以控制結(jié)構(gòu)的最弱失效模式，還可以最大程度地提升結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。算例證明，該“等損傷”的抗震設(shè)計(jì)方法可行有效，且設(shè)計(jì)方便。該“等損傷”的抗震設(shè)計(jì)方法可以為高層鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供參考，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的倒塌失效模式，提升結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，使結(jié)構(gòu)具有較大的安全儲(chǔ)備。

建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌是指由于偶然作用（如煤氣爆炸、炸彈襲擊、車輛撞擊、火災(zāi)等）造成結(jié)構(gòu)局部破壞，并引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致破壞向結(jié)構(gòu)的其他部分?jǐn)U散，最終造成結(jié)構(gòu)的大范圍坍塌。近年來，建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌問題受到工程界的廣泛關(guān)注，并成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)工程和防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的重要研究前沿?！痘炷两Y(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌理論與設(shè)計(jì)方法研究》配合我國(guó)相關(guān)規(guī)范規(guī)程的編制工作，系統(tǒng)介紹了混凝土結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌的理論和工程設(shè)計(jì)方法，主要包括：國(guó)內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀，我國(guó)典型混凝土結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的評(píng)價(jià)，混凝土框架結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌規(guī)律和抗連續(xù)倒塌工作機(jī)理，基于能量原理的混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌承載力需求分析方法，現(xiàn)有抗連續(xù)倒塌工程設(shè)計(jì)方法的分析、檢驗(yàn)和改進(jìn)，以及混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)連續(xù)倒塌分析與設(shè)計(jì)方面的研究進(jìn)展。

本項(xiàng)目針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變的核心科學(xué)問題，系統(tǒng)地開展其在強(qiáng)震下的破壞倒塌機(jī)制與災(zāi)變過程控制理論與方法研究。從材料、構(gòu)件、子結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)整體多個(gè)層次上研究強(qiáng)震下高層建筑結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)建模理論和高效的計(jì)算分析方法，考慮多個(gè)強(qiáng)非線性因素的影響，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)由構(gòu)件損傷、局部破壞直至倒塌的動(dòng)力災(zāi)變過程模擬，建立強(qiáng)震下高層建筑構(gòu)件失效破壞準(zhǔn)則及整體倒塌破壞準(zhǔn)則，研究構(gòu)件損傷、局部破壞與整體倒塌的內(nèi)在聯(lián)系，揭示高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的破壞倒塌機(jī)制；深入研究高層建筑結(jié)構(gòu)的地震失效模式，發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)失效模式優(yōu)化及采取減震控制措施的地震災(zāi)變過程控制理論和方法，建立高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下提高整體抗倒塌能力的控制措施，為提升高層建筑的抗震能力提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，本項(xiàng)目的研究具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書介紹了高層建筑地震倒塌的理論、建模方法和評(píng)估方法。本書共分8章，第1章為研究背景與文獻(xiàn)綜述，第2~3章介紹了混凝土和鋼材應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系考慮劣化行為影響的本構(gòu)模型的建立和校準(zhǔn)，第4~5章重點(diǎn)介紹了高層鋼結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下的地震安全性和倒塌能力，第6章介紹了支撐構(gòu)件對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)地震倒塌的影響，第7章介紹了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震倒塌能力，第8章總結(jié)了全書的研究。

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