学校代码 10530 学 号 201013011653 分 类 号 TU375.4 密 级 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 钢钢支撑在支撑在 RC 框架结构连续倒塌中的框架结构连续倒塌中的作用作用 学学 位位 申申 请请 人人 张 亮 指指 导导 教教 师师 郭小刚 教授 学学 院院 名名 称称 土木工程与力学学院 学学 科科 专专 业业 结构工程 研研 究究 方方 向向 混凝土结构设计理论研究 二一三年四月二十日 Effects of Steel Brace on RC Frame Structural Progressive Collapse Candidate Zhang Liang Supervisor Professor Guo Xiaogang College College of Civil Engineering and Mechanics Program Structural Engineering Specialization Design Theory for Concrete Structure Degree Master University Xiangtan University Date April 20th, 2013 I 湘潭大学湘潭大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重 声明： 所呈交 的论文 是本 人 在导师的 指导 下独立 进行研究 所 取 得 的 研 究 成 果 。 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。 对 本 文的 研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。本人完全 意识 到本声 明的法 律后果 由本人承 担。 作者签名 ： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论 文作 者完全 了解学 校有关 保留、使 用学 位论文 的规定 ，同 意 学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 湘 潭 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印或扫描等 复制 手段保 存和汇 编本学 位论文。 涉密论文 按学 校规定 处理。 作者签名 ： 日期： 年 月 日 导师签名 ： 日期： 年 月 日 II 摘要 建 筑 空 间 的 整 体 可 靠 性 始 终 是 房 屋 结 构 设 计 的 重 要 问 题 ， 并 且 在 近几 年 里 备 受 结 构 工 程 界 的 科 研 工 作 者 和 结 构 工 程 师 们 关 注 。 现 行 的 结 构设 计 规 范 使 多 数 结 构 工 程 师 把 大 部 分 精 力 集 中 在 如 何 使 完 整 结 构 确 保 其在 常 规 荷 载 下 的 工 作 性 能 上 ， 较 少 考 虑 非 正 常 荷 载 的 作 用 。 在 结 构 形 式日 益 复 杂 化 而 偶 然 事 件 （ 煤 气 爆 炸 、 汽 车 撞 击 或 其 他 恐 怖 袭 击 等 ） 出 现几 率 呈 上 升 趋 势 的 今 天 ， 传 统 结 构 设 计 体 系 在 对 结 构 物 遭 受 非 正 常 荷 载作 用 下 抗 倒 塌 能 力 的 认 识 还 不 够 清 楚 的 缺 陷 逐 渐 暴 露 出 来 。 此 外 ， 在 加固 改 造 工 程 中 经 常 采 用 在 框 架 柱 间 加 支 撑 的 方 法 以 提 高 结 构 的 侧 向 刚 度使结构具有较好 的抗震性能 ，过去的 30 多年中人们对 于这种双重 结构体系 的 抗 震 性 能 研 究 已 相 当 多 ， 然 而 关 于 如 何 通 过 合 理 的 布 置 钢 支 撑 来 提高 RC 框 架结构的抗 连续倒塌能 力的研 究尚不多见。 本 文 回 顾 了 目 前 国 内 外 关 于 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 防 连 续 倒 塌 方 面 的最 新 科 研 成 果 ， 借 鉴 前 辈 学 者 对 此 领域 所 采 用 的 分 析 方 法 ， 探 讨 了 带 水平 分 布 钢 支 撑 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 的 抗 连 续 倒 塌 性 能 。 基 于 纤 维 截 面模 型 法 ，在MSC.Marc 上建 立了能够 考虑材料非线性 和几何非线 性的框架 结 构 合 理 模 型 。 通 过 与 实 验 对 比 对 本 文 所 采 用 的 数 值 建 模 方 法 进 行 了验 证 。 基 于 备 用 荷 载 路 径 法 ， 分 析 了 不 同 立 面 形 式 的 钢 支 撑 布 置 于 不 同 局部 楼 层 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 在 不 同位 置 底 层 柱 突 然 删 除 后 的 动 力 响 应及 连 续 倒 塌 抗 力 机 制 。 并 对 钢 支 撑 布置 于 不 同 局 部 楼 层 的 钢 筋 混 凝 土 框架结构进行了大 震下的弹塑 性动力时程 分析 。其 结果表 明： 1. 本 文所考虑的 形、V形和倒置 的 Y形支 撑，对 RC 框架结 构的 连 续 倒 塌 抗 力 均 有 提 升 ， 其 中 钢 支 撑 的 端 点 是 否 与 失 效 柱 上 端 节 点 直接 相 连 对 连 续 倒 塌 抗 力 的 提 升 影 响 较 大 ， 支 撑 在 内 框 架 上 是 否 连 续 布 置对倒塌抗力影响 相对较小 ； 2. 结 构的抗连续倒塌 能力 对支撑 在结 构的水平布置方 向不敏感 ； 3. 对于不同的局部 楼层 用钢支 撑进行 加固，都 能有 效防止 底层柱 突然 失 效 后 引 起 的 连 续 倒 塌 ， 但 是 随 着 所 加 固 楼 层 的 上 移 ， 这 种 抵 抗 能 力会 有 所 下 降 并 且 剩 余 柱 段 会 转 换 受 力 方 向 成 为 受 拉 构 件 。 故 在 工 程 上 采用高位加固时， 应适当考虑 柱的抗拉性 能 ； 4. 按照我国规范设 计的 框架结 构， 在 除顶层外 的局 部楼层 加设钢 支撑 后 会 导 致 与 在 之 相 邻 的 楼 层 形 成 薄弱 层 ， 但 是 这 个 薄 弱 层 还 不 至 于 使III 结 构 在 大 震 作 用 下 倒 塌 。 本 文 认 为 在钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 二 层 设 置 钢 支撑是防止连续倒 塌的有力措 施，同时能 保证结构在大震 作用下的安 全性。 关 键 词关 键 词 ： 连 续 倒 塌 ； 钢 筋 混凝 土 框 架 ； 动 力 非 线 性 分 析 ； 备 用 荷 载 路 径法I Abstract The global stability of building space has always been one of the most essential topics of building structural design. In recent years, an even greater attention has been paid to this topic by many researchers and structural engineers. The current structural design specifications model focuses on how to ensure the working performance of the complete structure under normal loads, however abnormal loads effect has been less concerned. Nowadays with a more and more complicated structure and a higher possibility of occurring abnormal events, the flaws of traditional building design system have been exposed gradually. The traditional building design is not able to clearly consider the collapse resistant capacity when the building is under abnormal loads. In addition, steel bracing of RC buildings has been applied as a retrofitting technique to increase the lateral stiffness and load resisting capacity of existing buildings so as to limit earthquake damage to buildings. Although there were many papers of seismic performance of this dual system for the past three decades, how to obtain improved progressive collapse performance, by arranging steel braces into a structure, has yet to be investigated and it is the focus of this thesis. Based on the alternate path method, the dynamic response and progressive collapse resistance mechanism of RC frames in which steel braces in different vertical form were arranged and in different floors were studied. Elastical-plastical dynamic time-history analysis under large earthquake of RC frames which steel braces were arranged in different floors was also considered. The result showed that: 1. the -shaped /V-