多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理及抗倒塌控制

In recent years, many earthquakes have occurred in China. Especially in the western area, there have been three violent earthquakes which caused massive damage of buildings in the last five years. In these disasters, the poor seismic behavior of multistory brick masonry structures caused large-scale collapse, leading to terrible death and negative effects on society. Based on this background, combined with the fact that there is not any specific index for multistory brick masonry structures on achieving the goal of no collapsing with strong earthquake in the current codes, the field investigation of seismic damage, theoretical analysis, numerical simulation, and model tests will be carried out to study and resolve the following problems: seismic collapse mechanism of multistory brick masonry structures, the typical seismic collapse modes and its relevant influencing factors, the uniformity restoring force model for different types of masonry wall, the judgment criteria for seismic collapse, design index of collapse resistant behavior and its relevant key parameters. The results are expected to prove up the law of deterioration of structural behavior during collapse process, reveal the typical seismic collapse modes, establish the numerical calculation frame for collapse analysis, and propose relevant judgment criteria for seismic collapse. Based on the above results, the design index and its relevant key parameters will be presented to control the collapse resistance behavior quantitatively, in order to achieve the goal of no collapsing with strong earthquake and reduce the loss of human lives and property.

近年来，我国地震灾害频发，尤其西部地区连续遭受强震，造成了大量建筑结构破坏。其中，抗震性能较差的多层砖砌体结构出现大规模倒塌，不仅导致了惨重的人员伤亡，更引起了不可估量的负面社会效应。针对此背景，结合我国现行规范对砖砌体结构“大震不倒”性能目标无明确控制指标的情况，本课题采用现场调查、理论分析、数值模拟和模型试验相结合的手段，着力研究并解决以下问题：多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理、典型地震倒塌模式及其主体影响因素、不同类型砖墙的一致性恢复力模型、结构的地震倒塌判定准则、抗倒塌性能设计指标及关键参数。通过研究：揭示多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理及损伤演化规律、明确其地震倒塌模式、构建多层砖砌体结构地震倒塌分析计算框架并提出倒塌判定标准，最后通过确立其抗倒塌性能设计指标和关键设计参数，实现多层砖砌体结构抗地震倒塌的定量控制方法，以期切实落实“大震不倒”设防目标，减少人民群众的生命财产损失。

近年来，我国地震灾害频发，尤其西部地区连续遭受强震，造成了大量建筑结构破坏。其中，抗震性能较差的多层砖砌体结构出现大规模倒塌，不仅导致了惨重的人员伤亡，更引起了不可估量的负面社会效应。同时，由于我国现行规范对多层砖砌体结构的各地震损伤临界状态无明确控制指标，导致在结构抗震设计和抗震性能评估时缺乏依据。本课题针对多层砌体结构的地震破坏机制和抗倒塌性能，采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的研究手段，对地震倒塌判定准则、抗倒塌性能设计指标及关键参数开展了定量分析和研究。首先，根据对地震灾区中多层砖砌体结构的震害调查结果，明确了构件及整体结构的倒塌机制。采用3D实体单元建立三维足尺精细有限元模型，通过双向地震激励作用下的显式动力时程计算，再现了典型多层砖砌体结构的地震倒塌全过程。通过分析倒塌特征和倒塌机理，提出了基于水平地震动力时程分析和竖向稳定性静力非线性分析的地震倒塌分析方法。在此基础上，开发了砖砌体结构的一致性恢复力模型，并根据国内外大量试验数据，提出了该模型用于各类砖砌体时的控制参数，包括未约束无洞口砌体、约束无洞口砌体、未约束带洞口砌体和约束带洞口砌体。此外，采用基于位移和累计耗能的双参数指标作为多层砖砌体结构的地震损伤控制依据，并根据大量拟静力试验结果，对不同类型砖砌体的各临界状态的损伤控制指标进行了重新标定，尤其使倒塌临界控制指标更接近于试验中的真实倒塌破坏极限状态。研究了不同地震动强度下结构的破坏状态及分布情况，并探讨了相关影响因素，为抗震性能分析与评估提供了参考。定量分析了钢筋混凝土楼板、构造柱和圈梁等约束构件对抗地震倒塌性能的影响，提出了层高、开间、进深等尺寸的建议限值，为抗倒塌设计提供了依据。基于增量动力时程分析和抗倒塌储备系数，研究了不同构造措施对应的抗倒塌能力，构建了多层砖砌体结构抗倒塌性能的定量分析方法。本课题的研究成果可为砖砌体结构的抗震鉴定以及抗震设计提供参考和依据。