基于预设合理破坏模式的钢筋混凝土结构抗震设计方法研究

强震中实现预期的合理破坏模式是保证钢筋混凝土结构大震或超大震抗震性能的决定性因素之一，我国现行抗震规范基于小震弹性内力调整的设计方法未考虑结构大震下的实际内力变化，方法本身存在局限性，震害和分析表明其有效程度可能有限，亟需发展更为经济有效的强震破坏模式设计方法。为此，本项目通过理论分析、非线性数值模拟和试验研究相结合的方法，对我国现行抗震规范设计方法控制强震下出现预期破坏模式的有效性进行全面校验和评估；建立结构合理强震破坏模式的多指标评价标准，通过对比分析给出典型钢筋混凝土结构可行的合理破坏模式；在我国现行抗震规范体系下发展更有效的基于大震计算的预设合理破坏模式抗震设计改进方法，并对其有效性进行验证。项目的研究成果将为钢筋混凝土结构强震下形成预期合理破坏模式提供新的设计方法，是对现有规范方法的改进，可广泛应用于钢筋混凝土结构强震阶段的设计，具有重要的科学意义和工程应用价值。

强震中实现预期的合理破坏模式是保证钢筋混凝土结构大震或超大震抗震性能的决定性因素之一，我国现行抗震规范基于小震弹性内力调整的设计方法对控制破坏模式的有效程度有限，亟需发展更为经济有效的强震破坏模式设计方法。本项目针对典型RC结构的强震破坏模式及其实现方法展开研究，通过理论分析、非线性数值模拟和模型试验等方法进行了以下研究：1）通过与试验结果的分析对比，确定了稳定、可信的典型RC结构的非线性有限元分析模型，使用基于柔度法的纤维梁柱单元模拟框架结构在大震下的破坏模式；使用纤维墙元加剪切子单元及分层壳单元模拟框剪结构大震下的破坏模式；2）通过算例分析考察了按现行规范设计的框架结构、框剪结构和剪力墙结构等典型RC结构在大震下的抗震性能和破坏模式，校验了现行抗震规范基于小震内力调整的设计方法对控制大震下实现预期延性破坏模式的有效性程度；3）以框架结构为例，对典型RC结构合理破坏模式的评价标准进行了研究，考虑的评价指标有耗能性、可修复性和经济性等，给出了推荐的破坏模式集；4）对比分析了中国、美国、日本、欧洲和新西兰等国规范关于钢筋混凝土结构强震破坏模式设计方法及控制措施的规定；5）开展了直接基于大震计算的预设破坏模式设计实用分析方法研究，主要采用等效线性化方法（根据构件损伤程度采用不同的刚度折减系数和等效阻尼）计算对应预设破坏模式的结构简化模型的大震弹性内力进行构件承载力设计，考察了其在大震及超大震下对预设破坏模式的控制效果；6）对不同国家规范设计方法对控制RC框架结构强震破坏模式效果进行了对比分析，结果表明新西兰规范和等效线性化大震设计方法比中国规范控制出现预期的梁铰破坏模式更为有效，框架层数较多时，新西兰规范更为有效，楼层数较少时，等效线性化大震简化设计方法更为有效；7）进行了2个4层3跨1/3缩尺RC框架结构模型拟静力低周反复对比试验，考察了基于大震内力的等效线性化方法和我国规范方法控制预设破坏模式的效果。通过本项目研究，为钢筋混凝土结构强震下形成预期合理破坏模式提供了新的设计方法，可供钢筋混凝土结构强震阶段的设计参考。