清华大学工学硕士学位论文

汶川地震典型框架结构震害分析和防倒塌对策研究

研究生：马玉虎
指导教师：叶列平

摘要：本文以汶川地震震中附近映秀镇漩口中学教学楼和办公楼的典型RC框架结构震害为背景，通过结构弹塑性分析和IDA倒塌率分析对汶川地震中典型RC框架结构的抗倒塌能力、倒塌机理进行研究，并根据分析结果有针对性的提出抗倒塌措施，为改进框架结构的抗地震倒塌能力设计提供参考。主要研究工作和成果如下：
（1）RC框架结构弹塑性数值分析模型的开发。在基于大型通用有限元分析软件MSC.MARC的平台上，针对震害特征，分析了传统计算模型存在的问题，开发了相比于传统纤维梁模型更为精确的多尺度模型和能考虑楼板影响及基础转动的改进宏观有限元模型，为结构抗倒塌分析提供了工具。
（2）研究漩口中学教学楼A和办公楼H的框架结构震害原因。利用弹塑性动力时程分析方法对漩口中学教学楼A和办公楼H的震害进行计算，模拟其倒塌过程，并用IDA方法研究了其抗倒塌能力，对其倒塌模式、倒塌机理及其影响因素进行了分析比较，找出两结构抗倒塌能力差异的内在原因和影响结构抗地震倒塌能力的关键部位，为改进框架结构抗震倒塌能力设计提供参考。
（3）研究箍筋约束对典型框架结构抗倒塌能力的影响。总结归纳了目前常用的箍筋约束混凝土本构模型，采用基于MSC. MARC的纤维梁单元模型，通过与多个实验结果的对比，对各模型进行了验证。选择合适的箍筋约束混凝土本构模型，对考虑箍筋约束效果后的漩口中学教学楼A和办公楼H进行抗倒塌分析。
（4）提出改进框架结构抗倒塌能力的方法。采用结构加固和重新设计的方法提高教学楼A的抗倒塌能力。结构加固方法包括加普通支撑、加BRB支撑、加阻尼器方案；重新设计方法包括增大柱子截面、提高箍筋约束效果、提高设防烈度等方案。对各方案分别进行了倒塌率IDA分析和推覆分析，研究各方案的加固效果。
关键词：汶川地震 RC框架结构 多尺度有限元模型 倒塌率 防倒塌对策