近場地震下高層框架柱抗震性能研究.doc

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1、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(yán)重的突發(fā)式自然災(zāi)害之一，它會造成大量的人員傷亡和工程結(jié)構(gòu)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(zāi)害，如火災(zāi)、水災(zāi)、毒氣污染、泥石流及海嘯等。地震作用是一種隨機(jī)脈沖動力作用，與許多因素有關(guān)，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(zāi)害當(dāng)然也越大。地震發(fā)生的深度(震源)有深有淺，當(dāng)震源深度小于60km時，為淺源地震；60km-300km

2、為中源地震；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兒次影響巨大的地震。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(zhì)向東緩慢流動，在高原東緣沿龍門山構(gòu)造帶向東擠壓，遇到四川盆地之下剛性地塊的頑強(qiáng)阻擋，造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長期積累，最終在龍門山北川一一映秀地區(qū)突然釋放，發(fā)生里氏8.()級地震。汶川地震的斷裂帶長達(dá)300多公里，地

3、震持續(xù)時間長達(dá)100秒。截止到2008年9月25日12時，汶川地震已確認(rèn)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⑴o這次地震重災(zāi)區(qū)面積達(dá)13萬多平方公里，受災(zāi)人口達(dá)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(jīng)濟(jì)損失達(dá)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)

4、，震源深度8.0km,,此次地震是由于車籠埔斷層發(fā)生逆沖作用造成的，并形成了長達(dá)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(qiáng)烈震感，共持續(xù)102秒，該地震共造成2415人死亡、3()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28H3點(diǎn)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(dá)11度，當(dāng)天18點(diǎn)45分又在灤縣發(fā)生了7.1級地震，同年11月15日天津?qū)幒影l(fā)生了6.9級地震，

5、主震后的余震更加加重了地震災(zāi)害。這次地震發(fā)生在工業(yè)城市，人口稠密，損失嚴(yán)重，共造成24.2萬人死亡，16.4萬人重傷，極震區(qū)內(nèi)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(jīng)濟(jì)損失100億元以上，為20世紀(jì)世界上人員傷亡最大的地震。可以看出新中國發(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(yīng)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(chǎn)損失。相對于菲近場地震激勵而言，近場地震由于其長周期速度脈沖的作用，將會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的速度和位移沖擊，對結(jié)構(gòu)提出更高

6、的強(qiáng)度與變形要求。冃前，我國抗震規(guī)范在抗震設(shè)計時仍沒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(yán)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(nèi)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(shù)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(shù)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(shù)的4.02%o因此研究按照現(xiàn)有抗震規(guī)范設(shè)計的混凝土柱在近場地震下抗震

7、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(chǎn)損失具有重要的現(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(dǎo)致角柱破壞圖L21975年10月15日加州ImperialValley地震中破壞的6層帝國市政服務(wù)大樓(ImperialCountyServicesBuilding);該建筑物位于加州的ElCentro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(cè)的混凝土柱子在柱頂和柱底均應(yīng)變過大，形成了較，使上面的結(jié)果

8、下移了大約6英寸⑵。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(jié)構(gòu)局部垮塌⑶1?2?2剛度突變導(dǎo)致柱端出現(xiàn)塑性較的倒塌機(jī)構(gòu)圖1?4汶川地震中成都市南壩鎮(zhèn)某框架由于強(qiáng)梁弱柱導(dǎo)致柱頂產(chǎn)生塑性較，使建筑物的變形主要集中在第二層，并產(chǎn)生很大的殘余變形。圖1?5都江堰某住宅小區(qū)框架結(jié)構(gòu)由于底層柱側(cè)移過大導(dǎo)致底層破壞⑶123由于豎向地震作用導(dǎo)致柱中部壓屈破壞圖1.61999年11月12