多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理及抗倒塌控制

近年来，我国地震灾害频发，尤其西部地区连续遭受强震，造成了大量建筑结构破坏。其中，抗震性能较差的多层砖砌体结构出现大规模倒塌，不仅导致了惨重的人员伤亡，更引起了不可估量的负面社会效应。同时，由于我国现行规范对多层砖砌体结构的各地震损伤临界状态无明确控制指标，导致在结构抗震设计和抗震性能评估时缺乏依据。本课题针对多层砌体结构的地震破坏机制和抗倒塌性能，采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的研究手段，对地震倒塌判定准则、抗倒塌性能设计指标及关键参数开展了定量分析和研究。首先，根据对地震灾区中多层砖砌体结构的震害调查结果，明确了构件及整体结构的倒塌机制。采用3D实体单元建立三维足尺精细有限元模型，通过双向地震激励作用下的显式动力时程计算，再现了典型多层砖砌体结构的地震倒塌全过程。通过分析倒塌特征和倒塌机理，提出了基于水平地震动力时程分析和竖向稳定性静力非线性分析的地震倒塌分析方法。在此基础上，开发了砖砌体结构的一致性恢复力模型，并根据国内外大量试验数据，提出了该模型用于各类砖砌体时的控制参数，包括未约束无洞口砌体、约束无洞口砌体、未约束带洞口砌体和约束带洞口砌体。此外，采用基于位移和累计耗能的双参数指标作为多层砖砌体结构的地震损伤控制依据，并根据大量拟静力试验结果，对不同类型砖砌体的各临界状态的损伤控制指标进行了重新标定，尤其使倒塌临界控制指标更接近于试验中的真实倒塌破坏极限状态。研究了不同地震动强度下结构的破坏状态及分布情况，并探讨了相关影响因素，为抗震性能分析与评估提供了参考。定量分析了钢筋混凝土楼板、构造柱和圈梁等约束构件对抗地震倒塌性能的影响，提出了层高、开间、进深等尺寸的建议限值，为抗倒塌设计提供了依据。基于增量动力时程分析和抗倒塌储备系数，研究了不同构造措施对应的抗倒塌能力，构建了多层砖砌体结构抗倒塌性能的定量分析方法。本课题的研究成果可为砖砌体结构的抗震鉴定以及抗震设计提供参考和依据。 2100433B

近年来，我国地震灾害频发，尤其西部地区连续遭受强震，造成了大量建筑结构破坏。其中，抗震性能较差的多层砖砌体结构出现大规模倒塌，不仅导致了惨重的人员伤亡，更引起了不可估量的负面社会效应。针对此背景，结合我国现行规范对砖砌体结构“大震不倒”性能目标无明确控制指标的情况，本课题采用现场调查、理论分析、数值模拟和模型试验相结合的手段，着力研究并解决以下问题：多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理、典型地震倒塌模式及其主体影响因素、不同类型砖墙的一致性恢复力模型、结构的地震倒塌判定准则、抗倒塌性能设计指标及关键参数。通过研究：揭示多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理及损伤演化规律、明确其地震倒塌模式、构建多层砖砌体结构地震倒塌分析计算框架并提出倒塌判定标准，最后通过确立其抗倒塌性能设计指标和关键设计参数，实现多层砖砌体结构抗地震倒塌的定量控制方法，以期切实落实“大震不倒”设防目标，减少人民群众的生命财产损失。

结构抗连续倒塌设计是指结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效，继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。

作用

对于某些比较重要的建筑结构，工程师在建筑结构设计时有责任防止结构连续性倒塌的发生，对其进行结构抗连续倒塌设计，保证结构在一定安全可靠度之下具有抵抗连续性倒塌的能力，当偶然荷载造成结构局部破坏时，结构能够通过多种荷载路径内力重分布阻止破坏过大范围的蔓延，尽可能减少人员的伤亡和结构的破坏程度。 2100433B

我国汶川5.12地震后对建筑物的抗震性能提出了更高要求，未来十年内高层隔震结构的建设会得到迅速发展。强地震场下高层隔震结构的损伤机理及破坏倒塌模式已成为高层隔震结构亟待解决的研究课题。本项目旨在研究高层隔震结构的倒塌破坏模式和控制等基础性内容：通过研究强地震场复杂受力条件下隔震层及隔震支座的损伤演化规律，建立高层隔震结构隔震层及隔震支座的损伤细观和宏观动力模型；通过研究土/基础/隔震层/上部结构之间的损伤耦合效应，建立多维强地震场下考虑结构-介质动力耦合效应、损伤力学特性、地震非平稳随机过程的高层隔震结构地震分析方法；通过研究强地震场作用时高层隔震结构的损伤机理和倒塌破坏机制，建立高层隔震结构动力灾变全过程的精细数值模拟方法。本项目的研究将揭示高层隔震结构的损伤机理和倒塌破坏模式，掌握其性态特征和倒塌控制策略，对高层隔震结构的发展具有普遍意义与重要的学术价值，有利于推动高层隔震技术的发展。

以近断层高地震风险地区建设的高墩桥梁结构为研究对象，针对强地震动场模型和近断层破坏性效应，高墩桥强震损伤破坏机理，抗倒塌性能评估，以及高墩桥的减震措施和基于延性的抗震设防方法等，进行了一系列深入的研究。提出了近断层空间多点、多维地震动场人工模拟方法，建立了近断层脉冲型地震动定量提取和合成方法，揭示了近断层潜在破坏性效应及其对高墩桥的影响规律；提出了考虑地基－桥梁基础动力相互作用的分析模型，对高墩桥强震作用下破坏、体系失效和倒塌进行分析，阐明了近断层高墩桥的失效模式和倒塌机制；基于IDA和易损性分析方法，揭示近断层区高墩桥梁强震作用下抗倒塌性能，提出基于等效延性的抗倒塌优化设计方法，建立了近断层高地震风险性环境下高墩桥结构倒塌模式控制方法。部分研究成果对近断层地区高墩桥抗震设计与安全性提升具有极其重要的科学意义和经济价值，为“一带一路”沿线桥梁生命线工程的建设与抗震设防提供科学建议。 2100433B