掉层框架结构强震破坏模式研究.pdf

坡地建筑在山地城市及某些平原地区均有不同程度的应用。从结构的角度来看，山地结构的受力性能与普通结构有显著差别，但是目前对山地结构的设计仍无规范可依，且研究较少，研究成果基本是基于弹性分析得到的，尤其对于山地结构在强震下进入弹塑性状态后的性能、在强震下的破坏模式还没有研究。掉层框架结构是山地建筑结构的典型代表，是指在同一结构单元内有两个不在同一平面的嵌固端，且最高接地点以下按层高设置楼面的结构体系。本文对掉层框架结构在强震下的破坏模式进行了分析，着重研究按现行规范设计的掉层框架结构在强震下的破坏模式以及影响破坏模式的因素。　　本文介绍了山地结构的特点，说明了算例设计到分析的过程，重点说明了分析参数的选择和确定，基于平台采用纤维模型和柔度法单元建立了精细的有限元模型，对结构进行动力弹塑性时程分析，从结构的整体反应和局部反应等方面考察了掉层层数和掉层跨数对结构的破坏部位、破坏顺序及破坏程度等结构破坏模式因素的影响。　　通过本文的研究，得到的主要结论如下：　　①从整体反应来看，罕遇地震和特大地震作用下，掉层框架结构中上接地层为变形较大部位，塑性铰主要出现在上接地层及上部楼层，应引起设计时的注意。　　②各模型的梁铰数量多于柱铰，破坏模式均为“梁柱混合铰”模式；柱铰的损伤程度比梁铰大，上接地柱底最先出铰，在多数地震波下均屈服；梁铰多位于上部楼层。特大地震作用下，柱铰和梁铰发展充分，比罕遇地震作用下显著增大，特别是上接地柱延性需求显著增大，需增强上接地柱的延性构造措施。　　③随着掉层层数的增加，掉层部分下部楼层出铰。当掉层部分比例不大时，掉层框架结构的薄弱部位为上接地柱、上接地层及其上部楼层；当掉层部分比例较大时，上接地柱、上接地层及其相邻楼层为首先破坏和破坏较严重的部位，掉层下部楼层其次破坏。　　④随着掉层跨数的增加，结构越“接近”普通非掉层结构，但上接地层仍为层间位移角最大的楼层，上接地柱是结构中最先出铰破坏的部位。掉层的存在使得上接地柱及其相邻的楼层成为结构在地震中首当其冲的破坏部位，而后上部楼层和掉层底部结构开始破坏，上部楼层的破坏程度要大于掉层部分楼层。