砖混填充非破坏性钢筋混凝土框架结构地震倒塌模拟外文翻译资料

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砖混填充非破坏性钢筋混凝土框架结构

地震倒塌模拟

亨利·伯顿S.E.;¹ 格雷戈里·戴尔林²

摘要：提出了用改进的分析方法和准则来模拟填充砖混结构框架结构的地震倒塌。分析工具包括一个非弹性双支柱模型，该模型捕捉了砌体填充物的峰后行为及其与周围框架的相互作用。双压杆能够捕捉柱与填充物的相互作用，从而导致柱的剪切破坏和竖向承载力的损失。在梁柱单元中建立了一个刚性软化剪切退化模型，以捕捉非延性钢筋混凝土柱的剪切破坏。根据14个填充框架试验数据，提出了确定支撑模型参数的准则。将该模型应用于带填充物的三层无延性混凝土框架原型建筑的三维非线性动力分析。利用增量动力分析技术来理解填充柱相互作用和浅基础的摇摆对塌陷性能的影响，包括参数研究，以检验结果对填充墙的假定强度和变形参数的敏感性。原型建筑的倒塌评估表明，考虑填充柱与柱的相互作用和柱的剪切退化是预测非延性填充框架倒塌能力的关键。否则，这种劣化机制的省略将导致非保守的倒塌能力预测。分析还表明，浅基础的摇摆对填充框架的倒塌性能有良好的影响，而填充支柱强度对填充性能的影响远大于填充支柱变形参数。DOI:10.1061/（ASCE）ST.1943-541X.0000921。2014美国土木工程师学会版权所有。

关键词：填充物；摇摆；混凝土；倒塌；地震工程；地震效应；建模；分析与计算

Brick mixed-fill non-destructive reinforced concrete frame structure Earthquake collapse simulation

Henry Burton S.E. 1 Gregory Dellin 2

Abstract: An improved analysis method and criteria are proposed to simulate the seismic collapse of the frame structure of the filled brick mixed structure. The analysis tool includes an inelastic two-pillar model that captures the post-peak behavior of the masonry filler and its interaction with the surrounding frame. The double pressure bar captures the interaction between the column and the filler, resulting in the shear damage of the column and the loss of vertical carrying capacity. A rigid softening shear degradation model is established in the beam column unit to capture the shear damage of non-extendable reinforced concrete columns. According to the test data of 14 filling frames, the criteria for determining the parameters of the support ingress model are proposed. The model is applied to the three-layer non-linear dynamic analysis of three-layer non-extended concrete frame prototype building with filler. Incremental dynamic analysis techniques are used to understand the effect of the interaction of the filling column and the swaying of the shallow base on the collapse performance, including the study of parameters, to test the sensitivity of the results to the assumed strength of the filling wall and deformation parameters. The evaluation of the collapse of the prototype building shows that considering the interaction between the filling column and the column and the shear degradation of the column are the key to predict the ability of non-extendable fill frame to collapse. Otherwise, the omission of this deterioration mechanism will lead to non-conservative collapse capability prediction. The analysis also shows that the swaying of the shallow base has a good effect on the collapse performance of the fill frame, while the strength of the fill pillar has a much greater effect on the fill performance than the fill pillar deformation parameter. DOI: 10.1061/ (ASCE) ST.1943-541X.0000921. Copyright 2014 American Society of Civil Engineers.

Keywords: Filler; Swing; Concrete; Collapse; Seismic Engineering; Seismic Effect; Modeling; Analysis and Calculation

引言：

无论是在发展中国家还是在工业化国家，填充混凝土框架结构在全世界都普遍使用。以往地震的经验表明，填充式框架，特别是非破坏性混凝土框架，在地震作用下容易倒塌。在全球人口稠密的城市中心区，非破坏性填充框架结构的普遍存在带来了巨大的地震风险。有效地减轻这种风险需要可靠的方法来评估这些建筑物的倒塌行为。本研究开发了改进的分析工具和准则来模拟具有砖石填充物的非延性混凝土框架结构的地震倒塌，其中包括与框架填充相互作用和基础摇摆有关的重要机制，这些机制以前没有被提及。Sattar和Liel（2010）对填充框架的倒塌性能进行了评估，模拟了仅采用非弹性压缩支柱的填充，以表示填充的对角压缩行为。然而，这种建模方法并不能完全

反映填充物与周围框架之间的相互作用，特别是可能导致梁柱节点附近柱剪切破坏的力传递。在极端情况下，柱的剪切破坏会导致柱的轴向（重力）承载能力。为了克服这一局限性，本文在每个荷载方向上采用一对纯压杆来模拟柱与填充物之间的局部力传递。另一个尚未解决的问题是浅柱基础的隆起（摇摆）对地震响应的影响。浅基础的摇摆对地震性能既有正的影响，也有负的影响。一方面，柱脚抬升可以作为一种类似引信的机制，有助于减少上部结构的地震力需求。然而，摇摆也可以增加柱上的轴向载荷，这可能导致柱和/或地基中的压缩失效。轴向要求的增加是由摇摆框架中的压缩侧柱必须承载的附加重力荷载引起的。在本研究中，柱的底部仅使用压缩单元来捕捉这种上拔行为。

许多研究人员已经建立了填充柱模型强度和刚度参数的解析方程。以下概述了文献中经常引用的四种模型。

1. ASCE/结构工程学会（SEI）标准41（2007）第7.4.2节提供了计算等效支柱宽度

的指南，以表示开裂前的实心填充板。该等效支柱宽度由填充物和周围框架的相对刚度确定，并基于Stafford Smith和Carter（1969）的开创性工作。压杆的抗压（压碎破坏）强度是根据该等效宽度、填充物厚度和填充物的棱柱抗压强度计算的。ASCE/SEI 41还提供了一个计算面板平面内滑动剪切强度的公式，该公式同样可以转换为等效支柱强度，并使用了两个支柱强度之间的极限值。根据支柱的几何结构和填充物的棱柱模量计算支柱抗压强度的刚度，建议支柱的初始刚度为正割刚度的两倍。

二、DoSek和FajFAR（2008）提出了一种计算等效填充支柱初始刚度和最大强度的方程。最大强度方程基于板的截面积、纵横比和填充物的棱柱开裂强度。初始刚度是填充板在等效支撑方向上的剪切刚度。

三、Saneinejad和Hobbs（1995）提出了填充压杆极限强度和初始刚度的计算公式。等效支撑强度基于四种破坏机制：角压碎，即至少在一个加载角压碎填充物，在中心区域压碎的对角线压缩模式，通过砌体填充物的层缝水平剪切破坏的剪切模式和对角线开裂。根据棱镜试验中的峰值应变单轴压缩的等效应变，计算出峰值载荷下的相应侧向挠度。该横向挠度用于计算峰值荷载下的割线刚度，初始刚度为割线刚度的两倍。

四、Mehrabi等人。（1996）提出了一种计算填充框架侧向强度的极限状态分析方法。该方法包括以下五种可能的破坏机制的强度评估：（1）柱的填充和弯曲铰链的水平剪切破坏，（2）横向填充滑动与柱的对角开裂和剪切/弯曲破坏相结合，（3）梁柱节点附近的填充压碎和柱弯曲铰链，（4） 柱顶、柱底填充压碎弯折铰，（5）柱填充弯折侧移。

在这项研究中，这些方法对14个实验的数据进行了测试，结果用于制定准则，以确定对倒塌评估至关重要的等效填充支柱参数。根据系统参数研究的结果，确定了影响最大的支柱模型参数。以往对混凝土建筑物地震倒塌评估的研究通常采用二维（平面）分析模型，忽略了重力框架提供的侧向阻力和通过楼板隔板的地震力分担。在这项研究中，倒塌模拟是使用三维非线性分析模型，其中包括重力框架单元和刚性楼板横隔梁约束。

表1 模型预测与试验结果的填充框架性能比

填充式支柱模型开发

填充墙的非线性特性是填充墙框架倒塌模拟的关键，特别是在后峰特性方面。图1示出了如何使用两对对角压缩的、具有非弹性退化响应的支柱模拟填充板，这两对支柱使用的是稍后描述的峰值方向滞回模型。在每个方向上，在表示梁柱节点的节点之间放置一个斜撑，并使用一个非斜撑来捕捉填充和柱之间的相互作用。Chrysostomou（1991）利用虚拟位移原理，研究了填充框架中斜撑和斜撑之间的力和刚度分布。Chrysostomou发现：

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