基于鲁棒性的教学楼建筑受力性能分析

论文摘要

结构鲁棒性的研究是现在结构领域研究的热点问题。国内外学者对鲁棒性提出了很多有意义的定义与量化方法,但是对于鲁棒性定义及其量化,并没有普遍接受的理论。本文试图从鲁棒性研究中的构件重要系数研究出发,提出对于结构鲁棒性的定义与对应的鲁棒性量化方法。最后将鲁棒性理论应用于分析地震作用下常见教学楼建筑倒塌。本文首先提出了易损构件的定义,分析了单一均质材料矩形截面杆构件考虑轴力、弯矩与剪力受力相关性的构件易损系数计算公式。并以钢筋混凝土矩形构件截面考虑压弯剪共同作用受力相关性的承载力研究为基础,分析提出了截面考虑拉弯剪共同作用受力相关性的承载力公式,并由此提出了钢筋混凝土矩形杆构件的构件易损系数计算公式。构件易损系数反映在内力重分布的程度有限的条件下结构在在外部作用下的破坏程度。实现了对构件的受损程度的量化。根据提出的构件易损系数,结合已有的构件重要系数的研究,本文提出了鲁棒性的新定义及对鲁棒性的量化:结构鲁棒系数。本文提出的结构鲁棒系数能对应主流的结构鲁棒性思想,即有好的鲁棒性的结构在部分构件失效的情况下不发生与初始破坏不相称的破坏。并且本文提出的鲁棒性理论是能应用于钢筋混凝土框架结构。本文的鲁棒性理论是还存在很大的研究前景,从其他角度提出关键构件与易损构件的评价方法,或者依据构件重要系数与构件易损系数对鲁棒性的其他量化方法都是可以实现的。本文最后对常见的框架结构教学楼平面框架模型进行了鲁棒性分析,指出了现在教学楼设计存在的若干问题。根据鲁棒性理论针对这些问题提出了改进的设计方法。对比教学楼原模型、改进建议模型的鲁棒系数与pushover分析结果说明本文提出的改进建议能有效改进教学楼建筑在地震作用下的抗倒塌性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 鲁棒性定义
• 1.3 鲁棒性研究现状
• 1.3.1 从图论角度对鲁棒性的研究
• 1.3.2 从能量角度对鲁棒性的研究
• 1.3.3 从概率角度对鲁棒性的研究
• 1.3.4 其他对鲁棒性的研究
• 1.4 构件重要系数及相关鲁棒性研究
• 1.4.1 从能量角度对构件重要系数的研究
• 1.4.2 从刚度角度对构件重要系数的研究
• 1.4.3 从结构承载力角度对构件重要系数的研究
• 1.4.4 从结构广义自由度对构件重要性的研究
• 1.4.5 其他对构件重要系数的研究
• 1.5 对地震作用下教学楼抗震性能的研究
• 1.5.1 教学楼的常见样式及结构形式
• 1.5.2 教学楼在地震下的破坏特点
• 1.5.3 对教学楼抗震的相关研究
• 1.6 本文主要工作
• 第2章 构件易损系数
• 2.1 单一均质材料构件复合受力强度条件
• 2.2 钢筋混凝土构件拉弯剪复合受力强度条件
• 2.2.1 现行规范对构件复合受力状态的规定
• 2.2.2 对构件复合受力强度条件的相关研究
• 2.2.3 拉-弯-剪复合受力统一公式
• 2.3 基于构件复合受力强度条件的构件易损系数
• 2.3.1 易损构件定义
• 2.3.2 构件易损系数及其物理意义
• 2.4 小结
• 第3章 结构鲁棒性及量化指标
• 3.1 结构鲁棒性概念
• 3.1.1 目前研究的不足
• 3.1.2 鲁棒性定义
• 3.2 鲁棒性量化指标
• 3.3 结构鲁棒性算例
• 3.3.1 原模型及鲁棒系数
• 3.3.2 改进模型Ⅰ
• 3.3.3 改进模型Ⅱ
• 3.4 小结
• 第4章 从鲁棒性的角度分析教学楼建筑倒塌
• 4.1 RC 框架教学楼中构件易损系数分析
• 4.1.1 模型Ⅰ及构件易损系数分析
• 4.1.2 梁与柱构件易损系数大小讨论
• 4.1.3 构件易损系数与构件塑性铰分布的关系
• 4.2 教学楼平面框架模型鲁棒性分析
• 4.2.1 水平作用大小对鲁棒系数的影响
• 4.2.2 水平载荷方向对鲁棒系数的影响
• 4.2.3 教学楼存在的结构问题
• 4.3 对教学楼提出的鲁棒性改进建议
• 4.3.1 减小部分关键构件的构件易损系数
• 4.3.2 减小部分易损构件的构件重要系数
• 4.3.3 原模型与改进模型的pushover 分析对比
• 4.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间论文、著作及科研情况
• 致谢