近場地震下高層框架柱抗震性能研究

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1、碩士學位論文第1章緒論1.1選題的背景及意義地震是危及人類生命安全最嚴重的突發(fā)式自然災害之一，它會造成大量的人員傷亡和工程結構的破壞，使地表發(fā)生大的改變，造成地陷、地裂、山崩、滑坡等，同時還會帶來一系列次生災害，如火災、水災、毒氣污染、泥石流及海嘯等。地震作用是一種隨機脈沖動力作用，與許多因素有關，如地震震級、震源深度、場地條件及震中距等。地震震級是衡量一次地震釋放能量大小的尺度，震級越大，釋放的能量也越大，可能造成的災害當然也越大。地震發(fā)生的深度（震源）有深有淺，當震源深度小于60km時，為淺源地震；60km-300km為中

2、源地震；大于300km為深源地震。我國大部分地區(qū)的地震都屬于淺源地震。下面首先回顧下新中國歷史上幾次影響巨大的地震。2008年5月12號14時28分，中國四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級地震，震源深度為14km,最大烈度為11度。汶川地震的原因是由于印度板塊向亞洲板塊俯沖，造成青藏高原快速隆升，高原物質向東緩慢流動，在高原東緣沿龍門山構造帶向東擠壓，遇到四川盆地之下剛性地塊的頑強阻擋，造成構造應力能量的長期積累，最終在龍門山北川——映秀地區(qū)突然釋放，發(fā)生里氏8.0級地震。汶川地震的斷裂帶長達300多公里，地震持續(xù)時間長達100秒

3、。截止到2008年9月25日12時，汶川地震已確認69227人遇難，374643人受傷，失蹤17923人。截止到2009年5月27號，汶川地震共記錄到的四級以上的余震298次，其中六級以上的8次[1]。這次地震重災區(qū)面積達13萬多平方公里，受災人口達到46254萬人，房屋倒塌778.91萬所，房屋損壞2459萬所，造成的直接經濟損失達8451億人民幣，是新中國成立以來記錄的最大地震。1999年9月21日，凌晨1時47分，中國臺灣省發(fā)生了里氏7.6級地震，震中位于臺灣省中部人口密集的南投縣集集鎮(zhèn)，震源深度8.0km,，此次地震是

4、由于車籠埔斷層發(fā)生逆沖作用造成的，并形成了長達80公里的斷裂帶，具有明顯的擠壓逆斷層特。整個臺灣島均有強烈震感，共持續(xù)102秒，該地震共造成2415人死亡、30人失蹤、11306人受傷、近11萬戶房屋全倒或半倒。集集地震六級以上的余震有十次，為臺灣一百以來最大地震。1976年7月28日3點42分56秒在唐山發(fā)生了7.8級地震,地震震中在唐山開平區(qū)越河鄉(xiāng)，震源深度12公里，震中烈度達11度，當天18點45分又在灤縣發(fā)生了7.1級地震，同年11月15日天津寧河發(fā)生了6.25碩士學位論文9級地震，主震后的余震更加加重了地震災害。這次

5、地震發(fā)生在工業(yè)城市，人口稠密，損失嚴重，共造成24.2萬人死亡，16.4萬人重傷，極震區(qū)內幾乎所有的建筑物均蕩然無存，公路橋梁十之有六，鐵路橋梁十之有四遭到破壞，造成直接經濟損失100億元以上，為20世紀世界上人員傷亡最大的地震?？梢钥闯鲂轮袊l(fā)生的三場影響巨大的地震，震中都位于人口稠密地區(qū)，近場效應非常明顯，房屋建筑大量損壞和倒塌，造成巨大人員傷亡和財產損失。相對于非近場地震激勵而言，近場地震由于其長周期速度脈沖的作用，將會對結構產生較為嚴重的速度和位移沖擊，對結構提出更高的強度與變形要求。目前，我國抗震規(guī)范在抗震設計時仍沒

6、有考慮近場地震的影響，只是規(guī)范中增加了發(fā)震斷層的避讓距離的規(guī)定。我國是世界上受地震最嚴重的國家之一，許多大城市就位于斷層旁邊或地震帶中。有研究表明，我國現(xiàn)有的672個城市中，在過去4300年內發(fā)生過震級大于等于4的近場地震的城市共有281個，占城市總數的41.82%；發(fā)生過震級在6-7級之間的近場地震的城市有61個，占城市總數的9.08%；發(fā)生過震級大于7級的近場地震的城市有27個，占城市總數的4.02%。因此研究按照現(xiàn)有抗震規(guī)范設計的混凝土柱在近場地震下抗震性能，對完善現(xiàn)有抗震規(guī)范，對防止建筑物倒塌減少人員傷亡和財產損失具有

7、重要的現(xiàn)實意義和工程實用價值。1.2混凝土框架柱在近震中的主要破壞形態(tài)1.2.1由于雙向地震作用導致角柱破壞圖1.1理想化的加州帝國市政服務大樓ImperialValley地震中的荷載路徑[2]25碩士學位論文圖1.21975年10月15日加州ImperialValley地震中破壞的6層帝國市政服務大樓（ImperialCountyServicesBuilding）;該建筑物位于加州的EICentro地區(qū)，距6.5級地震的發(fā)震斷層9公里。建筑物附近的峰值加速度為0.23g；角柱和第一層外側的混凝土柱子在柱頂和柱底均應變過大，形

8、成了鉸，使上面的結果下移了大約6英寸[2]。圖1.3汶川地震中都江堰某公共建筑框架由于角柱破壞影起結構局部垮塌[3]1.2.2剛度突變導致柱端出現(xiàn)塑性鉸的倒塌機構圖1.4汶川地震中成都市南壩鎮(zhèn)某框架由于強梁弱柱導致柱頂產生塑性鉸，使建筑物的變形主要集中在第二層，并產生很大的殘