PDF《吕大刚》

1 结构 结构地震倒塌性能评定 地震倒塌性能评定的 的 研究 研究进展及关键问题 进展及关键问题 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会 吕大刚 北京,2010年6月5日 土木工程学院 哈尔滨工业大学 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

2 ? 地震作用下结构整体倒塌的两类失效模式 ? 基于性能地震工程中的结构地震倒塌性能评定 ? 地震作用下结构侧向增量倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 提纲(Contents) ? 引言 ? 结论 ? 地震作用下结构竖向连续倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

3 ? 地震作用下结构整体倒塌的两类失效模式 ? 基于性能地震工程中的结构地震倒塌性能评定 ? 地震作用下结构侧向增量倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 提纲(Contents) ? 引言 ? 结论 ? 地震作用下结构竖向连续倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

4 引言:人类与自然永恒的博弈 ? 2008年汶川大地震的悲痛还没过去 Great Wenchuan earthquake May 12,

2008 More than 69,000 death Mw 8.

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5 ? 2010年以来世界各地地震频发! 引言:人类与自然永恒的博弈 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

6 ? 2010年以来世界各地地震频发! 引言:人类与自然永恒的博弈

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7 ? 2010年以来世界各地地震频发! 引言:人类与自然永恒的博弈 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

8 ? 2010年以来世界各地地震频发! 引言:人类与自然永恒的博弈 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

9 问题1:对建筑结构地震倒塌机理的认识还不够清楚 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 z 连续介质力学问题 ?强度 ?变形 ?失稳 ?塑性 ?损伤 ?冲击 ?断裂 z 非连续介质力学问题 ?位移场不连续 ?接触 ?碰撞 连续介质力学问题 非连续介质力学问题 地震倒塌 复杂非线性动力学问题! 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

10 z 竖向连续倒塌(Vertical Progressive Collapse) z 侧向增量倒塌(Sidesway Incremental Collapse) 问题2:对建筑结构地震倒塌模式的控制还不够完善 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

11 z 第一种极限状态:正常使用极限状态 z 第二种极限状态:承载能力极限状态 z 第三种极限状态:??? ? 疲劳极限状态(Fatigue Limit State)? ? 损伤极限状态(Damage Limit State)? ? 连续倒塌极限状态(Progressive Collapse Limit State)! 破坏-安全极限状态(Failure-Safety Limit State) 偶然倒塌极限状态(Occasional Collapse Limit State) 条件极限状态(Conditional Limit State) 问题3:我国现行的建筑结构设计规范体系还没有相应的结构 连续倒塌极限状态设计方法 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

12 问题4:我国现行抗震设计规范的抗倒塌设计方法没有明确考 虑地震作用和结构体系存在的随机性 z 地震的发生:强烈随机性、不可预测性、高度复杂性 z 地震动的三要素:时间(随机过程)、空间(随机场) z 结构本身:物理不确定性、统计不确定性、模型不确定性 z 第一阶段设计:结构构件承载能力极限状态设计,采用《 建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)》的近似概 率极限状态设计法 z 第二阶段设计:薄弱层的弹塑性变形验算,完全确定性的 验算方法! 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题

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13 问题5:我国现行抗震设计规范缺乏结构抗倒塌能力评定与 设计的有效方法 z 完好结构的侧向增量倒塌失效模式 ? 结构的整体倒塌(Global Collapse)失效模式 ? 结构的局部倒塌(Local Collapse)失效模式 z 破损结构的竖向连续倒塌失效模式 z 层间侧移角限值:半经验、半试验? z 结构的整体抗倒塌能力:不确定性! z 结构的局部抗倒塌能力:不确定性! z 结构的抗连续倒塌能力:不确定性! 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

14 问题6:我国的土木工程界缺乏对工程结构倒塌风险的 定量研究 z 土木工程项目的风险评估:发达国家已经普及 z 近年来我国的重大工程结构倒塌事故 ? 2003年湖南省衡阳市衡州大厦特大火灾引起大厦突然坍塌 ? 2007年湖南省凤凰县堤溪沱江大桥竣工前发生整体坍塌 ? 2007年广东九江大桥遭运沙船撞击桥墩造成约200米桥面坍塌 ? 2008年年初我国南方遭遇50年不遇冰雪灾害造成大量输电线塔倒 塌致使数省大面积停电 ? 2008年 5・12 汶川特大地震中大量建筑物发生粉碎性坍塌 ? 2009年 6.27 上海13层大楼整体倒塌 z 范立础院士、陈肇元院士等专家对土木工程风险评估的呼吁 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

15 问题7:我国现行抗震设计规范对普通建筑结构的的抗倒塌 问题重视不够 z 我国现行抗震设计规范对抗地震倒塌计算一般仅针对少数重要建筑 结构进行;

z 对大量的一般性房屋建筑,则主要依赖整体结构的抗震概念设计和 抗震构造措施;

z 汶川地震和玉树地震启示我们:除了要重视重大工程和重要公共建 筑的抗地震倒塌安全之外,更要关注普通建筑结构、特别是村镇建 筑在罕遇地震作用下的抗倒塌问题. 从近期震害反思现行规范抗倒塌设计方法存在的问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

16 ? 地震作用下结构整体倒塌的两类失效模式 ? 基于性能地震工程中的结构地震倒塌性能评定 ? 地震作用下结构侧向增量倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 提纲(Contents) ? 引言 ? 结论 ? 地震作用下结构竖向连续倒塌性能评定的研究进展 及关键问题 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

17 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 侧向增量倒塌侧向增量倒塌竖向连续倒塌竖向连续倒塌结构倒塌的整体失效模式 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

18 侧向增量倒塌是指结构在侧向荷载作用下,由于结构产生过大 的侧向变形,使得结构丧失继续承担竖向荷载的能力,最终导 致结构整体倒塌的现象. z 外因为侧向作用 z 破坏程度与外作用成比例 z 发生了整体倒塌的后果 z 增量(Incremental),既指外部作用的增大,也指结构破坏程度的 增大,前者是因后者为果,且前者是后者的充分必要条件. z 增量倒塌(Incremental Collapse),通常是指在强烈侧向作用下, 因结构失稳而丧失了竖向承载能力,导致结构发生了整体倒塌的现 象. Sidesway Collapse: Structural collapse due to excessive story drift associated with loss of lateral strength and stiffness due to material and geometric nonlinearities. 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义

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19 z 侧向增量倒塌的失效模式 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

20 z 侧向增量倒塌的案例 2009年6月27日上海某在建 13层结构发生了整体倒塌 5.12大地震北川妇幼保健院 的侧向倒塌 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

21 ATC-63 FEMA-P695 z 侧向增量倒塌的案例 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

22 z 侧向增量倒塌的案例 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

23 z 侧向增量倒塌的案例 结构整体地震倒塌失效模式的分类与定义 2010-6-10 第一届建筑结构抗倒塌学术研讨会

24 竖向连续倒塌是指结构由于某一构件或局部破坏而引发连锁破 坏,最终导致结构发生与初始原因不成比例的大面积局部坍塌 或整体倒塌的现象. z 引起结构局部破坏的原因通常是非常规荷载:飞机撞击、设计或施 工失误、火灾、煤气爆炸、炸弹爆炸、基础失效、车辆撞击、罕遇 地震等. z 在倒塌原因上,与侧向增量倒塌不同,竖向连........