混凝土结构防倒塌性能试验与模拟

苏宁粉等将增量动力分析和模拟地震振动台试验两种方法相结合，对一缩尺比为1∶5的12层钢筋混凝土剪力墙结构进行3条地震波（其中包括EI Centro-Ew 波）输入下的振动台试验，并将传统振动台试验的多级加载进一步细分至15个水准，以峰值加速度为地震动强度参数（IM），以各楼层的最大层间位移角为工程需求参数（EDP），绘制IM-EDP曲线[73]。借鉴增量动力分析曲线簇的处理方式，将曲线上的某些特征点与结构性能的变化相联系定义极限状态；在曲线上求取多遇、基本和罕遇地震作用下结构的响应值，结合试验现象，对结构进行确定性的抗震性能评估。采用Abaqus建模并对结构进行增量动力分析和基于振动台试验加载顺序的连续计算，对比IM-EDP曲线及其50%分位数曲线可知，试验IM-EDP曲线基本为IDA曲线簇的下限，即通过振动台试验所得IM-EDP曲线进行基于概率的抗震性能评估时，将偏于保守；连续计算结果与试验结果吻合较好，能有效考虑试验中损伤的累积，如图6-10所示。

图6-10　ElCentro-Ew波输入后模型破坏（Apg=0.8g）

Pekau O A等对离散单元法（DEM）程序进行了改进，建立了预制剪力墙模型，给出了预制墙板局部失效的倒塌时间的影响[74]。针对某12层三开间预制剪力墙结构在地震及连续倒塌不同条件下的延性要求，进行了整体性分析，模拟了不同条件下结构整体连续倒塌过程（见图6-11）。

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图6-11　地震中剪力墙结构的连续倒塌过程

王磊对短肢剪力墙结构的防倒塌设计进行了分析[75]。基于OpenSees程序中的分层壳单元以及端部塑性铰单元构建了端部带附属节点的短肢剪力墙结构模型，通过对不同墙体参数的8层短肢剪力墙结构模型的IDA 分析，研究了短肢剪力墙配筋率、轴压比、高厚比对防倒塌性能的影响。分析结果表明：结构防倒塌能力随着短肢剪力墙轴压比的增大逐渐降低，短肢剪力墙结构轴压比大于0.6时无法满足抗震要求，当有提高一级抗震等级要求时，轴压比不应大于0.5。结构防倒塌能力随着短肢剪力墙纵向配筋率的增大而逐渐增大，墙肢纵向配筋率为0.5%和0.8%时在罕遇地震下倒塌率分别达到了13%，7%；墙肢纵向配筋率为1%和1.2%时在特大地震下倒塌率分别达到15%，7%，设计时配筋率应符合规范限值。结构防倒塌能力随着短肢剪力墙截面高厚比的增大而逐渐增大，但增加趋势随着墙肢截面高厚比的增加而趋缓。

陆新征等[18]通过工程分析结果认为，目前我国的钢筋混凝土框架-剪力墙/核心筒结构具有一定的防连续倒塌能力，一般不需专门设计即可满足防连续倒塌性能要求。

若要针对现代剪力墙结构开展防连续倒塌专门设计，可依据EEMA P695标准[76]开展地震下的倒塌分析，或者根据DoD 2016标准[77]进行不考虑具体荷载的倒塌分析。本章后续重点介绍基于DoD 2016规范的剪力墙结构防连续倒塌设计流程。