近场地震下高层框架柱抗震性能研究

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1、硕士学位论文第1章绪论1.1选题的背景及意义地震是危及人类生命安全最严重的突发式自然灾害之一，它会造成大量的人员伤亡和工程结构的破坏，使地表发生大的改变，造成地陷、地裂、山崩、滑坡等，同时还会带来一系列次生灾害，如火灾、水灾、毒气污染、泥石流及海啸等。地震作用是一种随机脉冲动力作用，与许多因素有关，如地震震级、震源深度、场地条件及震中距等。地震震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度，震级越大，释放的能量也越大，可能造成的灾害当然也越大。地震发生的深度（震源）有深有浅，当震源深度小于60km时，为浅源地震；60km-300km为中

2、源地震；大于300km为深源地震。我国大部分地区的地震都属于浅源地震。下面首先回顾下新中国历史上几次影响巨大的地震。2008年5月12号14时28分，中国四川省汶川县发生了里氏8.0级地震，震源深度为14km,最大烈度为11度。汶川地震的原因是由于印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升，高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川——映秀地区突然释放，发生里氏8.0级地震。汶川地震的断裂带长达300多公里，地震持续时间长达100秒

3、。截止到2008年9月25日12时，汶川地震已确认69227人遇难，374643人受伤，失踪17923人。截止到2009年5月27号，汶川地震共记录到的四级以上的余震298次，其中六级以上的8次[1]。这次地震重灾区面积达13万多平方公里，受灾人口达到46254万人，房屋倒塌778.91万所，房屋损坏2459万所，造成的直接经济损失达8451亿人民币，是新中国成立以来记录的最大地震。1999年9月21日，凌晨1时47分，中国台湾省发生了里氏7.6级地震，震中位于台湾省中部人口密集的南投县集集镇，震源深度8.0km,，此次地震是

4、由于车笼埔断层发生逆冲作用造成的，并形成了长达80公里的断裂带，具有明显的挤压逆断层特。整个台湾岛均有强烈震感，共持续102秒，该地震共造成2415人死亡、30人失踪、11306人受伤、近11万户房屋全倒或半倒。集集地震六级以上的余震有十次，为台湾一百以来最大地震。1976年7月28日3点42分56秒在唐山发生了7.8级地震,地震震中在唐山开平区越河乡，震源深度12公里，震中烈度达11度，当天18点45分又在滦县发生了7.1级地震，同年11月15日天津宁河发生了6.25硕士学位论文9级地震，主震后的余震更加加重了地震灾害。这次

5、地震发生在工业城市，人口稠密，损失严重，共造成24.2万人死亡，16.4万人重伤，极震区内几乎所有的建筑物均荡然无存，公路桥梁十之有六，铁路桥梁十之有四遭到破坏，造成直接经济损失100亿元以上，为20世纪世界上人员伤亡最大的地震。可以看出新中国发生的三场影响巨大的地震，震中都位于人口稠密地区，近场效应非常明显，房屋建筑大量损坏和倒塌，造成巨大人员伤亡和财产损失。相对于非近场地震激励而言，近场地震由于其长周期速度脉冲的作用，将会对结构产生较为严重的速度和位移冲击，对结构提出更高的强度与变形要求。目前，我国抗震规范在抗震设计时仍没

6、有考虑近场地震的影响，只是规范中增加了发震断层的避让距离的规定。我国是世界上受地震最严重的国家之一，许多大城市就位于断层旁边或地震带中。有研究表明，我国现有的672个城市中，在过去4300年内发生过震级大于等于4的近场地震的城市共有281个，占城市总数的41.82%；发生过震级在6-7级之间的近场地震的城市有61个，占城市总数的9.08%；发生过震级大于7级的近场地震的城市有27个，占城市总数的4.02%。因此研究按照现有抗震规范设计的混凝土柱在近场地震下抗震性能，对完善现有抗震规范，对防止建筑物倒塌减少人员伤亡和财产损失具有

7、重要的现实意义和工程实用价值。1.2混凝土框架柱在近震中的主要破坏形态1.2.1由于双向地震作用导致角柱破坏图1.1理想化的加州帝国市政服务大楼ImperialValley地震中的荷载路径[2]25硕士学位论文图1.21975年10月15日加州ImperialValley地震中破坏的6层帝国市政服务大楼（ImperialCountyServicesBuilding）;该建筑物位于加州的EICentro地区，距6.5级地震的发震断层9公里。建筑物附近的峰值加速度为0.23g；角柱和第一层外侧的混凝土柱子在柱顶和柱底均应变过大，形

8、成了铰，使上面的结果下移了大约6英寸[2]。图1.3汶川地震中都江堰某公共建筑框架由于角柱破坏影起结构局部垮塌[3]1.2.2刚度突变导致柱端出现塑性铰的倒塌机构图1.4汶川地震中成都市南坝镇某框架由于强梁弱柱导致柱顶产生塑性铰，使建筑物的变形主要集中在第二层，并产生很大的残