鋼筋混凝土構(gòu)件抗倒塌性能研究北京工業(yè)大學(xué)博士開題報(bào)告目錄選題的背景和意義國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究?jī)?nèi)容和方法課題的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)度安排123451.選題的背景和意義

倒塌是建筑結(jié)構(gòu)最為嚴(yán)重的破壞狀態(tài)，它因使結(jié)構(gòu)永久性喪失使用功能而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，深入研究強(qiáng)震作用下建筑結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理，為結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)及倒塌控制提供理論參考，這對(duì)于保障建筑結(jié)構(gòu)及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全有十分重要的意義。理解倒塌的機(jī)理，分析倒塌的原因、研究有效提高結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的途徑和手段，始終是抗震研究的主要內(nèi)容。1.選題的背景和意義結(jié)構(gòu)倒塌側(cè)向倒塌則是由于結(jié)構(gòu)側(cè)向塑性變形過大而引起的側(cè)向承載力喪失．豎向倒塌是由于結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件由于喪失承載能力退出工作，而引起的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌過程可視為2類倒塌的相繼發(fā)生，即:在地震作用下，結(jié)構(gòu)逐漸出現(xiàn)較大的塑性變形，當(dāng)某一構(gòu)件的損傷過大，隨即退出工作，進(jìn)入結(jié)構(gòu)豎向倒塌過程．側(cè)向倒塌作為結(jié)構(gòu)地震倒塌過程的第一階段，是預(yù)測(cè)和控制結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的關(guān)鍵．1.選題的背景和意義混凝土結(jié)構(gòu)梁剪力墻框架柱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、柱、剪力墻等是組成結(jié)構(gòu)體系的主要構(gòu)件，因此，提高材料與構(gòu)件損傷破壞衡量的準(zhǔn)確性就成為準(zhǔn)確判別結(jié)構(gòu)側(cè)向倒塌的的重要前提與基礎(chǔ)。

本課題旨在對(duì)地震力作用下構(gòu)件破壞的全過程進(jìn)行研究，著重研究構(gòu)件的抗倒塌性能和破壞機(jī)理，建立基于倒塌破壞的恢復(fù)力模型，為判別結(jié)構(gòu)倒塌提供理論支撐?？沟顾阅埽簭那絾适?cè)向承載力這一過程的性能為抗倒塌性能。2.1國(guó)內(nèi)外構(gòu)件抗震性能研究現(xiàn)狀一、研究?jī)?nèi)容：1）上世紀(jì)90年代以前，重點(diǎn)在于探討鋼筋混凝土構(gòu)件的滯回特性、破壞模式、恢復(fù)力模型以及影響延性的各種因素，主要是剪跨比、軸壓比、配箍率、保護(hù)層厚度等；2）90年代以后，國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土構(gòu)件的研究主要集中在箍筋形式、高強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)箍筋約束混凝土、不同加載方式、異形界面等方面，研究重點(diǎn)則放在驗(yàn)證規(guī)范規(guī)定的合理性方面。2.1國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)倒塌研究現(xiàn)狀31抗震試驗(yàn)方法和手段低周反復(fù)加載試驗(yàn)動(dòng)力加載試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)22.1國(guó)內(nèi)外構(gòu)件抗震性能研究現(xiàn)狀1強(qiáng)度2剛度3滯回曲線形狀4骨架曲線5延性系數(shù)6剛度退化率7能量耗散2.2國(guó)內(nèi)外恢復(fù)力模型研究現(xiàn)狀就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言,恢復(fù)力模型的研究可以分為兩個(gè)層次:第一層次是材料的恢復(fù)力模型,主要用于描述鋼筋及混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變滯回關(guān)系,它是鋼筋混凝土構(gòu)件恢復(fù)力模型計(jì)算的基礎(chǔ);第二層次是構(gòu)件的恢復(fù)力模型,主要用于描述構(gòu)件截面的彎矩-曲率滯回關(guān)系或構(gòu)件的P-Δ滯回關(guān)系。2.2國(guó)內(nèi)外恢復(fù)力模型研究現(xiàn)狀曲線型模型：蘭伯格-奧斯古德（Romberg-Osgood）：剛度連續(xù)折線型模型：克拉夫退化雙線型模型、武田三線型模型三線型模型四線型模型2.2國(guó)內(nèi)外恢復(fù)力模型研究現(xiàn)狀方法：理論計(jì)算法：偏心受壓理論試驗(yàn)擬合法：2.2國(guó)內(nèi)外恢復(fù)力模型研究現(xiàn)狀OA段AB段強(qiáng)化段下降段朱伯龍張琨聯(lián)2.3目前研究存在的問題1.在現(xiàn)有的構(gòu)件抗震試驗(yàn)研究中，常常人為的引入破壞標(biāo)準(zhǔn)終止試驗(yàn)，如承載能力下降到極限荷載的85%。構(gòu)件實(shí)際上并未進(jìn)入最終倒塌破壞狀態(tài)，因此，所得到的數(shù)據(jù)不能為抗震倒塌彈塑性分析和設(shè)計(jì)提供充分的試驗(yàn)依據(jù)；2.在幾個(gè)比較常用的模型中,Bi-linear模型和Clough模型應(yīng)用起來比較簡(jiǎn)單,但一般只適用于具有梭形滯回曲線的單純受彎構(gòu)件。3.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析中應(yīng)用大多數(shù)模型都沒有考慮結(jié)構(gòu)大變形過程中可能出現(xiàn)的負(fù)剛度現(xiàn)象。3.研究?jī)?nèi)容和方法柱板梁剪力墻連梁低周反復(fù)荷載試驗(yàn)

本課題的研究重點(diǎn)是通過四種不同的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件柱、板梁、剪力墻和連梁在研究抗震性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，分析四種構(gòu)件抗倒塌破壞性能，并建立考慮構(gòu)件破壞全過程的恢復(fù)力模型及計(jì)算公式。3.研究?jī)?nèi)容和方法3.研究?jī)?nèi)容和方法測(cè)試內(nèi)容：鋼筋和混凝土的應(yīng)變規(guī)律、截面曲率、承載力、柱端位移、滯回曲線，觀察破壞特征及過程；試驗(yàn)?zāi)康模貉芯?種構(gòu)件的抗倒塌能，總結(jié)出抗倒塌破壞過程中4種構(gòu)件承載力、位移、強(qiáng)度和剛度退化、延性、耗能等性能指標(biāo)。建立恢復(fù)力模型：以試驗(yàn)中獲得的恢復(fù)力與變形的關(guān)系曲線經(jīng)適當(dāng)抽象和簡(jiǎn)化建立基于抗倒塌性能的恢復(fù)力數(shù)學(xué)模型。4.本課題創(chuàng)新點(diǎn)及成果通過低周反復(fù)荷載試驗(yàn)最大限度地獲取試驗(yàn)構(gòu)件從開始加載到最終倒塌極限狀態(tài)過程中各種試驗(yàn)構(gòu)件的性能指標(biāo)，承載力、剛度、變形能力、耗能能力以及破壞特征等，最終建立基于抗倒塌分析的鋼筋混凝土構(gòu)件恢復(fù)力模型；運(yùn)用建立的恢復(fù)力模型對(duì)構(gòu)件進(jìn)行抗倒塌的數(shù)值模擬；從構(gòu)件的破壞特征著手，研究構(gòu)件破壞機(jī)理，提出構(gòu)件累計(jì)損傷指標(biāo)和破壞準(zhǔn)則,為最終鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的定量設(shè)計(jì)及計(jì)算分析提供理論依據(jù)。4.本課題創(chuàng)新點(diǎn)及成果（1）四種構(gòu)件的滯回全曲線、考慮下降段骨架全曲線；（2）由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出四種構(gòu)件的基于抗倒塌破壞的精細(xì)化恢復(fù)力模型；（3）提出基于構(gòu)件破壞的混凝土結(jié)構(gòu)倒塌失效準(zhǔn)則；（4）在核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇以上。5.課題姥進(jìn)度醬安排閱讀例文獻(xiàn)干，掌撤握理中論知踢識(shí)，寧確定朝研究獻(xiàn)方案撰寫小牧論文完成學(xué)用位論文肅，準(zhǔn)備贏畢業(yè)答喝辯確定實(shí)哥驗(yàn)方案百，準(zhǔn)備塞試驗(yàn)、權(quán)進(jìn)行試舌驗(yàn)、試頭驗(yàn)結(jié)果孤處理2.1國(guó)內(nèi)趨外結(jié)勻構(gòu)倒航塌研捧究現(xiàn)芳狀199樂8年Cor懷ley等對(duì)美出國(guó)俄克元拉荷馬蔑州城市波聯(lián)邦政亭府工作情大樓由宮爆炸引羽起的倒幫塌破壞秋進(jìn)行了桐災(zāi)害調(diào)搬查分析亭，認(rèn)為博對(duì)新建胃建筑進(jìn)設(shè)行細(xì)部宮設(shè)計(jì)時(shí)崗可通過張?jiān)龃蠼Y(jié)叼構(gòu)延性思來改善悲結(jié)構(gòu)抗際連續(xù)倒粒塌性能像；對(duì)已哈建結(jié)構(gòu)燦則可通煤過對(duì)柱打進(jìn)行局仿部加固煎、增加森填充墻惕或抗彎餃框架形懼成多重爆防線來具改進(jìn)結(jié)昆構(gòu)的抗拖倒塌能埋力。進(jìn)入21世紀(jì)以拴來，隨扎著突發(fā)僚事件(煤氣熱爆炸奪、恐忍怖襲明擊和碗汽車?yán)沧矒魨{等)日益增豎多和特頑大地震顫頻繁發(fā)抄生,結(jié)構(gòu)抗伯連續(xù)倒嗓塌性能慕研究引熱起了越愛來越多足的科研改工作者定的關(guān)注毀。2.掙2試驗(yàn)抗手段殃和對(duì)譜象研炭究現(xiàn)濁狀試驗(yàn)研化究手段昏從最初寸的擬動(dòng)旺力子結(jié)杯構(gòu)試驗(yàn)染逐步擴(kuò)誓展至足繪尺振動(dòng)賤臺(tái)試驗(yàn)嬸，現(xiàn)場(chǎng)雞抗倒塌踢性能試否驗(yàn)研究斃成果也掘時(shí)有發(fā)玩表。隨溪著數(shù)值戶分析技圍術(shù)的日撥益成熟漠和通用(專用)分析程影序逐步槳推廣應(yīng)歇用，研循究方法螞從災(zāi)害銜調(diào)查分敬析為主猛逐步擴(kuò)汽展為以梢總結(jié)災(zāi)鋼害經(jīng)驗(yàn)社和數(shù)值拒分析二譜者并重示。研究對(duì)質(zhì)象從理鏟想的單翼自由度辨體系延醬伸至較設(shè)符合實(shí)圖際工程愉的多自辟由度體耗系，部于分文獻(xiàn)群中甚至贈(zèng)研究了項(xiàng)填充墻呆的影響水，需要芹指出的娛是現(xiàn)階逮段的研慚究主要糾集中于脖框架結(jié)紋構(gòu)。2.倘3關(guān)于倒飯塌準(zhǔn)則隔的研究灰現(xiàn)狀第三方1倒塌破倍壞的判旅別準(zhǔn)則7234562.3關(guān)于要倒塌杰準(zhǔn)則苦的研稈究現(xiàn)北狀1.基于鳥變形涉所建繩立的利倒塌浮破壞熄的判乎別準(zhǔn)踩則對(duì)于時(shí)多自夜由度猴結(jié)構(gòu)保的彈靠塑性甩反應(yīng)巖，一拖般都蔽以結(jié)欺構(gòu)的熱整體糧變形璃超過驗(yàn)給定而的限允值或谷結(jié)構(gòu)占主要典承重按構(gòu)件游破壞憑作為術(shù)結(jié)構(gòu)雅的破帝壞標(biāo)聲準(zhǔn)。形對(duì)于錘這方披面的筒內(nèi)容無，國(guó)評(píng)內(nèi)外規(guī)都做視了大辛量的碎研究張，但珍是分史歧不奇斷。原在動(dòng)否力載僚荷作俘用下梯結(jié)構(gòu)輕的變站形僅組僅反杠應(yīng)了笨結(jié)構(gòu)膨剛度勉的大偉小，菜并不甜能真環(huán)正揭廉示破臣?jí)牡耐驮蛱?。在朗?shí)際西的地啊震中歉，有坐些結(jié)錄構(gòu)可級(jí)能會(huì)陽發(fā)生圖很大殲的變鮮形，醫(yī)它只彈是影菠響結(jié)規(guī)構(gòu)的李安全毒性、喉耐久委性等揀，并太不倒竄塌。旅一些廟研究恭者指近出，晃鋼筋露混凝燈土框褲架結(jié)未構(gòu)在鮮地震絲式力作戶用下侵的破播壞用竄結(jié)構(gòu)到內(nèi)部豆未達(dá)匆到極鴉限狀查態(tài)時(shí)樣的某舟一變棵形值墓作為故依據(jù)浩可能淹導(dǎo)致鑒錯(cuò)誤德的評(píng)害價(jià)。止用變艷形作蓄為結(jié)帥構(gòu)倒德塌破傍壞的帥判別等準(zhǔn)則趁，已樹經(jīng)引拉起了鬧國(guó)內(nèi)耽外許塑多學(xué)劇者的數(shù)懷疑笑。2.們3關(guān)于倒獎(jiǎng)塌準(zhǔn)則習(xí)的研究壟現(xiàn)狀2.基于財(cái)最大訊位移悲和能莫量雙支重標(biāo)線準(zhǔn)所病建立危的倒秤塌破宏壞的陳判斷培準(zhǔn)則地震社作為認(rèn)一種斜隨機(jī)基往復(fù)間載荷順，對(duì)粱于結(jié)缸構(gòu)的臉破壞哥是一栗個(gè)損燦傷累煙計(jì)的挽過程窯，用疼強(qiáng)度旺準(zhǔn)則荒和變臣形準(zhǔn)錢則很捉難描川述這讀一現(xiàn)疫象。勝同時(shí)貌大量薦實(shí)際娘災(zāi)害霸表明堡，地傷震序份列對(duì)梯結(jié)構(gòu)皮的損抹傷破朝壞有養(yǎng)很大普的影弱響，量例如憑如果德主震顧為中葵震，胳則小逢余震增對(duì)結(jié)濾構(gòu)的糧損傷蓋程度磁影響納不大柜；如幻玉果主顏震為輔大震迎，則令小余認(rèn)震也茅會(huì)使柴結(jié)構(gòu)巾出現(xiàn)梁異常鎖，在庫此情告況下護(hù)，若排余震盟為中雖震，扁則結(jié)診構(gòu)可絲式能在測(cè)瞬時(shí)曉就要禽發(fā)生戲倒塌脹破壞役，這沙說明郵首次哲超越異極限藥的位帝移對(duì)仍結(jié)構(gòu)翁破壞犯具有憂很大圣的影店響，何僅用扁能量限準(zhǔn)則抖很難齊解釋獅這一右情況率。結(jié)士合這濟(jì)兩方害面提棉出了侵位移-能量雙獵重破壞贏準(zhǔn)則，膏認(rèn)為結(jié)年構(gòu)的破欄壞是由揭變形和璃能量積任累消耗唐兩方面重造成的濱。比較市有代表觀性的是An漏g、We油n和Par鏈k等人提僻出的最求大反應(yīng)燥變形和佛累計(jì)耗骨能的線笑性組合裕地震損眼傷模型待。2.3關(guān)于悲倒塌正準(zhǔn)則愚的研爛究現(xiàn)午狀3.基于剛每度所建擇立的倒管塌破壞濕的判別雪準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)巧剛度論退化紫的主享要原跨因是狠構(gòu)件惜屈服奔后的浴彈塑董性變患形和限累積躁損傷膚，這打種損級(jí)傷主兆要表鏈現(xiàn)在肚混凝棄土裂歲紋的撓發(fā)生些、發(fā)艇展和說鋼筋罷與混董凝土近之間峰粘結(jié)緩滑移已的破薯壞。贈(zèng)鋼筋齊混凝鑰土框咳架結(jié)遣構(gòu)倒點(diǎn)塌破引壞的穿剛度開準(zhǔn)則駕是與滑結(jié)構(gòu)諸的恢伙復(fù)力昨滯回著曲線輪密切障相關(guān)李的，冤目前勞有關(guān)俯剛度由退化乘規(guī)律蘇的研前究人胳員大遭都集池中于偽結(jié)構(gòu)竄的恢民復(fù)力藏滯回屋曲線代模型廁的建肢立，喬而結(jié)恢構(gòu)的損恢復(fù)吩力曲俱線受寫試驗(yàn)垮設(shè)備升影響藥較大蛛，所湊以結(jié)約構(gòu)剛投度退徒化可彩靠度比較差晌，比底較難概以操洲作。邁同時(shí)瓦破壞捷過程團(tuán)中結(jié)佛構(gòu)自慌振頻遭率發(fā)補(bǔ)生變郊化。2.東4目前視研究付所存攻在的遞問題1.目前格對(duì)抗肝倒塌踩的研瞎究主質(zhì)要集扔中在著豎向鉛倒塌被問題團(tuán)上，瞎對(duì)側(cè)安向倒桿塌及保結(jié)構(gòu)筐屈服呀到側(cè)北向倒寧塌這坡一過嗓程的荷研究因相對(duì)科較少兄；2.實(shí)際米工程套更為賤關(guān)注緞的往左往是哀結(jié)構(gòu)乘倒塌胸的臨盜界狀斧態(tài)，歸而并拖非倒浪塌過底程中嬌的結(jié)川構(gòu)響更應(yīng)，隊(duì)因此處，結(jié)熟構(gòu)倒餃塌全筍過