強(qiáng)地震作用下超高層建筑損傷機(jī)理及破壞全過程研究

本項目針對典型超高層建筑結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系及其高性能構(gòu)件，研究它們在強(qiáng)地震作用下的地震災(zāi)變關(guān)鍵效應(yīng)和地震災(zāi)變?nèi)^程，揭示結(jié)構(gòu)地震破壞和倒塌的物理機(jī)制，發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值模擬和模型試驗技術(shù)。進(jìn)行了鋼材和混凝土材料在反復(fù)荷載作用下的滯回性能試驗，建立了材料在反復(fù)荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系；開發(fā)了多種新型多重組合鋼-混凝土組合剪力墻及筒體，進(jìn)行了新型構(gòu)件和超高層建筑典型構(gòu)件 (高含鋼率SRC組合柱、高強(qiáng)超厚板鋼柱、內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻)抗震性能試驗，建立了非線性數(shù)值計算模型，提出了抗震設(shè)計方法與構(gòu)造措施；完成了可液化地基－高層結(jié)構(gòu)體系相互作用的振動臺試驗和相鄰高層結(jié)構(gòu)—樁—土動力相互作用體系的振動臺試驗，建立了非線性數(shù)值計算模型，初步揭示了土—結(jié)動力相互作用體系的地震反應(yīng)規(guī)律及其影響因素；提出了一種計算結(jié)構(gòu)整體性能與局部破壞的多尺度單元耦合模型；提出了應(yīng)用增量動力分析方法對超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于概率的抗震性能評估的方法；提出了利用屈曲約束支撐、阻尼器控制帶伸臂桁架的框架—核心筒結(jié)構(gòu)地震損傷的方法，并通過數(shù)值計算進(jìn)行了驗證；發(fā)展了可恢復(fù)功能高層抗震結(jié)構(gòu)的概念，提出了一種新型帶可更換連梁的剪力墻和一種新型帶可更換腳部構(gòu)件的剪力墻，進(jìn)行了兩種剪力墻的抗震性能試驗，建立了其非線性數(shù)值計算模型；完成了上海中心、上海世博會中國館等9個實際復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)整體模型的模擬地震振動臺試驗和非線性地震反應(yīng)數(shù)值分析，研究了其地震破壞機(jī)理和抗震薄弱部位，為其抗震設(shè)計提供了技術(shù)支撐；編制了上海市《超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南》(第二版)。本項目的研究成果為改進(jìn)高層及超高層建筑的抗震設(shè)計、改善其抗震性能、有效控制其地震損傷提供了科學(xué)支撐。 2100433B

大型復(fù)雜超高層建筑將是我國未來20～30年城市建設(shè)中的重點之一，強(qiáng)地震區(qū)的超高層建筑將是其建設(shè)的難點。本項目以鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)和鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)四種典型超高層建筑結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，發(fā)展高效超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系及其高性能部件，研究它們在強(qiáng)地震作用下的地震災(zāi)變關(guān)鍵效應(yīng)和地震災(zāi)變?nèi)^程，揭示結(jié)構(gòu)地震破壞和倒塌的物理機(jī)制，發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值模擬和模型試驗技術(shù)。建立考慮損傷累積效應(yīng)的材料本構(gòu)關(guān)系、反映損傷演化規(guī)律的構(gòu)件及節(jié)點的滯回模型乃至基于損傷累積效應(yīng)的結(jié)構(gòu)整體數(shù)值計算模型；建立考慮巖土－基礎(chǔ)－超高層結(jié)構(gòu)的動力耦合效應(yīng)的非線性建模理論與方法；進(jìn)行超高層結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下的動力全過程分析，研究地震損傷演化規(guī)律，建立地震失效破壞準(zhǔn)則，進(jìn)而發(fā)展結(jié)構(gòu)的強(qiáng)震失效模式優(yōu)化和控制結(jié)構(gòu)地震破壞和倒塌的方法和措施，改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。本項目的實施將為我國五百米級超高層建筑的安全建設(shè)和運(yùn)營提供科學(xué)支撐。

我國汶川5.12地震后對建筑物的抗震性能提出了更高要求，未來十年內(nèi)高層隔震結(jié)構(gòu)的建設(shè)會得到迅速發(fā)展。強(qiáng)地震場下高層隔震結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理及破壞倒塌模式已成為高層隔震結(jié)構(gòu)亟待解決的研究課題。本項目旨在研究高層隔震結(jié)構(gòu)的倒塌破壞模式和控制等基礎(chǔ)性內(nèi)容：通過研究強(qiáng)地震場復(fù)雜受力條件下隔震層及隔震支座的損傷演化規(guī)律，建立高層隔震結(jié)構(gòu)隔震層及隔震支座的損傷細(xì)觀和宏觀動力模型；通過研究土/基礎(chǔ)/隔震層/上部結(jié)構(gòu)之間的損傷耦合效應(yīng)，建立多維強(qiáng)地震場下考慮結(jié)構(gòu)-介質(zhì)動力耦合效應(yīng)、損傷力學(xué)特性、地震非平穩(wěn)隨機(jī)過程的高層隔震結(jié)構(gòu)地震分析方法；通過研究強(qiáng)地震場作用時高層隔震結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理和倒塌破壞機(jī)制，建立高層隔震結(jié)構(gòu)動力災(zāi)變?nèi)^程的精細(xì)數(shù)值模擬方法。本項目的研究將揭示高層隔震結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理和倒塌破壞模式，掌握其性態(tài)特征和倒塌控制策略，對高層隔震結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有普遍意義與重要的學(xué)術(shù)價值，有利于推動高層隔震技術(shù)的發(fā)展。