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抗震設計和抗連續倒塌設計對混凝土框架結構易損性的影響

Effects of Seismic and Progressive Collapse Designs on the Vulnerability of RC Frame Structures

Journal of Performance of Constructed Facilities

DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000942

http://ascelibrary.org/doi/full/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000942

提要

結構的全壽命周期設計應符合多災害防御的需求。本文以最典型的RC框架結構為例，考慮了地震及連續倒塌這兩種RC框架的常見破壞因素。討論結構的抗震設計及抗連續倒塌設計對其綜合防御性能的影響。結果表明，抗連續倒塌設計后，框架結構可能由于梁內縱筋的增多導致其在地震作用下發生“強梁弱柱”的破壞形式，需要進行二次抗震設計。通過易損性方法比較了不同設計后框架的綜合防御性能，結果表明已有的將抗連續倒塌設計與抗震設計分別考慮的設計方法可能導致不理想的結構破壞模式和更多的材料消耗，亟需提出適用于多災害綜合防御的結構設計方法。

簡單說就是

現行設計方法應對多災害時存在“面多了加水，水多了加面”的問題，成本高而效果未必最佳。

本文以一個6層鋼筋混凝土框架為例來說明問題。如果對該框架直接按照8度進行抗震設計，則可以同時滿足抗震和抗連續倒塌要求，省錢省事效果好。如果先按6度抗震設計，則發現抗連續倒塌不滿足要求，再進行抗連續倒塌設計，又發現不滿足抗震“強柱弱梁”要求，還需要重新進行“強柱弱梁”設計，最后導致的材料用量比直接按8度抗震設計還要多，且抗震性能還不咋樣。

算例介紹

算例說明：

RC6：6度框架 RC8：8度框架

RC6-RD：抗連續倒塌設計后的RC6

RC6-RD2：二次抗震設計后的RC6-RD

RC6與RC6-RD在不同地震波下結構倒塌PGA對比（由于抗連續倒塌設計將框架梁加強，部分地震波下RC6-RD發生強梁弱柱破壞，抗震性能反而弱于RC6，由此需進行二次抗震設計）：

時程分析結果

失效模式對比

各框架抗震和抗連續倒塌易損性曲線（Li et al.）如下所示：

(a) 地震易損性曲線

(b) 連續倒塌易損性曲線

各框架縱筋用量對比：

結論

反復運用不同規范設計同一結構可能導致材料浪費且并不能達到結構性能最優，已有的抗震設計與抗連續倒塌設計分開考慮的設計方法不適用于結構的多災害防御需求，亟需提出適用于RC框架結構抗震與抗倒塌綜合防御的設計方法。

參考文獻

Li Y, Lu XZ, Guan H, Ren PQ, Qian LP, Probability-based progressive collapse-resistant assessment for reinforced concrete frame structures, Advances in Structural Engineering, Accepted on Mar. 18, 2016. DOI: 10.1177/1369433216649385.

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Lin KQ, Li, Y, Lu XZ, Guan H, Effects of seismic and progressive collapse designs on the vulnerability of RC frame structures. Journal of Performance of Constructed Facilities-ASCE, Accepted on Apr. 30, 2016, DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000942.

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