建筑结构地震倒塌及存活空间分布规律研究

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1、图书分类号：P315工学博士学位论文建筑结构地震倒塌及存活空间分布规律研究翁旭然中国地震局工程力学研究所中国•哈尔滨二零一五年六月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果，也不包含为获得中国地震局工程力学研究所或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研宄作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:签字日期:学位论文版权使用授权书本

2、人完全了解中国地震局工程力学研究所有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权中国地震局工程力学研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文，允许被查阅和借阅。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名签字曰期：签字日期图书分类号：P315单位编码：85406学号：2011114工学博士学位论文建筑结构地震倒塌及存活空间分布规律研究博士研究生：翁旭然导师：戴君武研究员申请学位级别：工学博士

3、学位学科：土木工程专业：结构工程研究方向：结构抗震中国地震局工程力学研究所中国·哈尔滨二零一五年六月Doctor'sDegreeThesisStudyonCollapsePatternsofBuildingStructuresandTheDistributionofSurvivalRoominCollapsedBuildingRuinsDoctorCandidate:WengXuranTutor:Prof.DaiJunwuSubject:CivilEngineeringSpecialty:StructuralEngineeringResearc

4、hField:StructureSeismicResearchInstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministrationHarbin·ChinaJune,2015摘要摘要国内外历次大地震表明，建筑物的破坏倒塌是造成人员伤亡的主要原因，提高结构的抗倒塌能力、震时采取有效的避难策略和震后安全快速的救援则是减少人员伤亡的重要途径。本文通过地震废墟现场调查、地震模拟倒塌试验、结构倒塌的有限元数值模拟和理论分析相结合的手段，研究了三类典型建筑结构在地震中的倒塌机理与倒塌规律，并对废墟结构特点

5、及其内部存活空间的类型和分布规律做出总结，结合实际地震情况，对震时人员的应急避难方法和搜索救援策略提出了建议。本论文主要完成了以下六个方面的工作：1．基于实际震害分析，初步给出了三类典型建筑结构地震倒塌模式及建筑废墟类型划分原则、存活空间分布规律。收集查阅了大量实际震害资料，并在汶川特大地震造成的北川地震遗址详细调查的基础上，从北川老县城大量建筑废墟中筛选出28个典型案例，对其体型尺寸、格局布置、倒塌方向、支撑构件及可能的存活空间分布规律进行了详细研究，总结给出了建筑废墟类型的划分原则，初步揭示了废墟中存活空间的分布规律。2．设计完成了RC框架

6、结构、底框砌体结构、砖混砌体结构三类8个代表性结构缩尺模型的地震模拟倒塌试验，获得了上述三类结构地震作用下动力特性变化、破坏性裂缝产生、发展及最终倒塌全过程的系统认识，在与实际震害交互验证对比分析的基础上，进一步总结了三类房屋结构的倒塌机制及其废墟中可能的存活空间分布规律。3．以RC框架结构振动台倒塌试验结果为基准，总结建议了一套利用显式动力有限元软件对结构地震倒塌进行数值模拟的高效分析方法。采用ANSYS软件中的非线性显式有限元动力分析模块，通过对RC框架结构进行大量的倒塌模拟分析并与试验结果进行对比，给出了倒塌数值模拟过程中需要注意的“重力

7、预应力化”、“沙漏控制”、“应变率效应”、“侵蚀接触”、“材料选择”等关键问题的处理方法，指出了采用不同模拟方法之间的优缺点，建议了一套高效模拟方法。4．通过10组不同频谱特性、不同输入方向的地震动作用下典型RC框架结构的倒塌数值模拟分析对比，总结给出了地震动输入对典型RC框架结构倒塌模式的影响规律；通过对典型砌体结构、底框砌体结构两类不同形式建筑的倒塌数值模拟分析，进一步验证了由RC框架结构倒塌分析得到的地震动对倒塌模式的影响规律；通过对内廊式RC框架结构、多跨外廊式RC框架结构两类不同布置形式结构的倒塌数值模拟，分析了这两类结构与双跨外廊式

8、RC框架结构在倒塌特点上的异同；对倒塌模拟过程中发现的RC框架结构的“扭转异常”和“小跨倒塌”及多跨RC框架结构的“上部楼层扭转”和“上部倾斜方向改变