基于损伤的剪力墙结构倒塌模拟方法研究-防灾减灾工程及防护工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 基于损伤的剪力墙结构倒塌模拟方法研究 专 业：防灾减灾工程及防护工程 硕 士 生：周瑜 指导教师：李睿副教授 曾珂副教授 摘 要 目前各国的相关规范条文几乎都是基于工程经验或可靠度来考虑结构的抗倒 塌设计，其中抗连续倒塌理论相对整体倒塌理论稍显成熟，但仍缺乏全面系统的 理论和完备的试验依据，尤其对剪力墙结构的罕遇地震作用的倒塌和连续性倒塌 研究甚少，开展对剪力墙结构的倒塌机制、破坏机理研究迫在眉睫。 本文从混凝土结构倒塌模拟方法、倒塌判定准则等方面，针对剪力墙结构的 损伤演化机理，分别基于材料损伤、构件（单元）损伤、结构损伤模型等方面， 采用不同模拟方法和分析平台进行了多方面多层次的研究。 首先，基于 Park-Ang 模型以及众多学者对其进行的改进和修正研究，建立了 一种同时考虑变形和滞回耗能的单元损伤模型，在此基础上提出了一种层损伤指 数和结构损伤指数的推导方法，即兼顾考虑了构件损伤的程度又考虑了构件所处 的楼层位置不同，以及楼层损伤的程度与所在楼层位置的不同对结构损伤指数的 影响。 其次，给出了建立混凝土损伤塑性本构模型的基本步骤，给出了单轴和多轴 受力情况下混凝土的损伤本构方程、损伤演化方程，并将其运用于剪力墙结构的 倒塌模拟分析中。 第三，基于隐式有限单元法，利用生死单元法并结合本文提出的单元损伤模 型及推导的层损伤指数和结构损伤指数的方法，对某剪力墙结构进行了损伤倒塌 分析。由层损伤指数推导得到的结构损伤指数在宏观上能反映结构的受力变形演 化过程，但不能按照胡聿贤等人提出的损伤指数合理的评价结构的破坏过程，其 很大程度上低估了结构损伤指数所对应的结构应处于的破坏状态。 第四，采用本文提出的单元损伤模型，利用层损伤指数和结构损伤指数对某 剪力墙结构进行了损伤倒塌分析。采用生死单元法模拟结构的受力变形过程与实 际情况不相符，倒塌破坏阶段的结构承载力、层间位移角以及层损伤等指数均偏 大，偏于保守。采用单元损伤模型模拟能真实反映结构的受力变形过程，符合实 际，并借鉴胡聿贤等人提出的损伤状态评价指数，根据本文推导的层损伤指数定 义了结构各损伤破坏状态所对应的层损伤状态评价指数。 第五，采用混凝土损伤塑性模型，并结合层损伤指数和结构损伤指数对某剪 力墙结构进行了损伤倒塌分析。分析表明采用混凝土损伤塑性模型时，结构的承 载力、层间位移角、层损伤指数、能量等总体变化趋势与单元生死法和单元损伤 模型一致。层间位移角与层损伤指数对应关系差异过大，当结构进入倒塌破坏阶 段，层间位移角仍然不再适用。层损伤指数已不能很好地评价结构的受力变形性 态，而结构损伤指数则表现良好。可以采用结构损伤指数对结构在整个受力变形 响应过程中损伤破坏状态进行定性评价，并给出了结构各损伤破坏状态所对应的 结构损伤状态评价指数。 关键词：剪力墙结构；整体倒塌；模拟方法；损伤指数；单元损伤模型；混 凝土损伤塑性模型 Shear structural collapse simulation methods study based on damaged Specialty: Disaster Prevention and Reduction Engineering, Protective Engineering Candidate: Zhou Yu Supervisor: prof. Li Rui prof. Zeng Ke Abstract Currently the relevant norms and the provisions of all countries are almost to consider the structural collapse resistant design based on engineering experience or the reliability, in which the anti-progressive collapse theory is more slightly mature than the overall collapse theory. But the structural collapse resistant design is still short of a comprehensive theoretical system and a complete test basis. In particular, the study of the collapse of shear wall structure in severe earthqua