古塔是寶貴的建筑遺產。開展古塔地震損傷機理與分析模型的研究，提出有效的抗震分析與鑒定方法，是文物保護的關鍵性工作。本項目以汶川地震受損古塔為典型，研究受損結構動力特性的變化規律，探討古塔地震損傷機理與特征的表達方法，主要內容為：（1）基于無損測試的古塔隱蔽工程參數和損傷狀態的識別與模擬技術；（2）綜合古塔結構組成、場地環境等地震作用影響因素的整體結構動力學模型的構建方法。 經過課題組三年來的努力，各項研究工作按計劃執行，并取得以下四項代表性成果。 （1）基于磚石古塔震害程度的地震烈度評價參考標準。以汶川地震災區的六十多座磚石古塔的統計分析資料為依據，針對古塔的建筑結構特征、地震損傷規律以及文物修復的特定要求，確立了古塔震害分級定義；提出了蘊含中國歷史文化特色的，與現行《建筑抗震設計規范》設防烈度相對應的，基于磚石古塔震害程度評價地震烈度的參考標準。 （2）基于無損測試的古塔隱蔽工程和損傷狀態的識別模擬技術。針對磚石古塔構造特征與砌體結構裂縫規律，建立了探地雷達（GPR）圖譜特征與古塔內部構造、殘損狀況的對應關系，編制了基于MATLAB的GPR測試結果模擬分析程序；根據古塔的結構類型、材料特征及場地狀況，歸納了環境脈動測試與計算機模擬綜合確定古塔動力特性的方法，提出了考慮地基作用的古塔有限元建模方法。 （3）地震作用下磚石古塔破壞機理的理論與試驗研究。研究了傳統磚砌體的材料破壞準則，提出了采用顯式積分法對磚石古塔進行非線性動力分析的方法及技術參數，模擬出磚石古塔地震破壞的時序與空間分布特征。應用彈塑性時程分析法對磚石古塔在地震作用下的動態反應進行分析計算，歸納出變形與內力反應規律, 揭示出磚石古塔豎向中軸截面劈裂、頂部1/3以上脫落、局部壓潰的破壞機理；首次進行了小尺度磚石古塔模型的振動臺試驗，對古塔在地震作用下的破壞機理進行了驗證研究。 （4）現代建筑材料加固磚石古塔的工藝與抗震性能研究。針對古塔震害特征和環境因素，研究鋼材、砌體以及粘接材料的風化腐蝕作用規律，優選了材料配方；完成了古塔灌漿圍箍加固砌體墻的抗震性能試驗，確定了加固材料的合理設置方法；針對磚石古塔豎向劈裂的震害現象，提出了預應力碳纖維板圍箍加固古磚塔的工藝，研制了碳纖維板的張拉錨固一體化裝置。 本項目的研究成果將有利于建筑遺產減災理論體系的建設，也可為我國眾多亟待鑒定和加固的古塔提供有益的參考。 2100433B

磚石古塔融合了中外文化與建筑藝術的精華，是人類寶貴的遺產。開展古塔地震損傷機理與分析模型的研究，提出有效的抗震分析與鑒定方法，是地震區文物防災減災的關鍵性工作，具有重大的經濟價值和社會意義。本項目以汶川地震受損古塔為典型，重點研究受損結構動力特性響應的變化規律，探討古塔地震損傷機理與損傷特征的表達方法，主要內容為：（1）基于無損測試與模態擬合的古塔隱蔽工程參數和結構損傷狀態的識別與模擬技術；（2）綜合古塔結構組成、建筑特征、場地環境等地震作用影響因素的整體結構動力學模型的構建方法。通過研究，將進一步完善我國古塔防震減災的理論分析體系，推動現代測試模擬技術在古建筑保護中的應用。項目的研究成果可為眾多亟待檢測和加固的古塔提供有益的參考，并可為國家制定相應的規范提供基本的依據。

年代久遠、自然環境惡化不僅加劇了古塔結構的損壞和老化，更嚴重的是導致古塔結構變形日趨嚴重并逐漸呈現結構失穩狀態。古塔是古代的高層建筑，其變形是結構穩定性評估最重要的評判指標。本項目通過磚石古塔基本特點的分析，對影響其變形的主要因素進行研究，采用各種不均勻應力水平狀態下土體流變的計算方法，根據塔身材料在應力和環境偶合作用下的衰減規律，建立磚石古塔結構變形預測模型。通過對磚石古塔結構變形突變點的預測，達到評估古塔結構安全性和穩定性的目的，為評估古塔安全提供依據，為維修和管理提供參考。本項目首次從單體研究上升為規律性的結構變形預測模型研究，并用信息擴散技術解決數據不足的問題，具有重要的科學意義。該研究的成果可以直接應用于我國的古塔保護，具有明顯的實用價值。 2100433B

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 結構損傷模型研究與發展 3

1.2.1 材料層次損傷模型 3

1.2.2 構件層次損傷模型 7

1.2.3 結構層次損傷模型 8

1.3 高層建筑結構構件計算模型 9

1.3.1 梁柱構件的模擬 10

1.3.2 剪力墻的模擬 12

1.4 高層建筑結構地震損傷分析方法的研究與發展 14

1.4.1 有限單元數值封算方法 15

1.4.2 離散單元數值計算方法 15

1.4.3 有限元-離散元棍合數值計算方法 16

1.5 高層建筑結構地震失效模式優化理論的研究與發展 16

1.6 高層建筑結構基于MR阻尼器的地震損傷控制理論研究與發展 17

參考文獻 19

第2章 高層建筑結構豎向構件地震損傷分析 36

2.1 考慮損傷累積效應的鋼柱損傷演化分析 36

2.1.1 損傷模型 36

2.1.2 損傷累積效應的影響 42

2.1.3 損傷演化規律 45

2.2 鋼筋混凝土柱基于易損性的地震損傷評估 48

2.2.1 精細化分析模型 48

2.2.2 地震損傷評估 50

2.3 鋼筋混凝土柱基于能量闊值的地震損傷分析 54

2.3.1 基于能量的損傷模型 55

2.3.2 損傷演化分析 59

2.4 鋼筋混凝土剪力墻損傷演化分析 63

2.4.1 損傷模型 63

2.4.2 損傷演化分析 66

參考文獻 71

第3章 高層銅框架結構地震損傷分析 75

3.1 考慮損傷累積效應的地震倒塌分析 75

3.2 Benchmark鋼框架結構倒塌模擬分析 77

3.2.1 分析模型 77

3.2.2 失效極限荷載 78

3.2.3 失效路徑與倒塌過程模擬 83

參考文獻 86

第4章 高層銅框架-混凝土核心筒結構地震損傷分析 89

4.1 基于等效剛度的地震損傷模型 89

4.2 地震損傷演化分析 90

4.2.1 分析模型 90

4.2.2 響應分析 92

4.2.3 損傷演化規律與倒塌分析 98

4.3 鋼-混凝士結構地震損傷演化過程振動臺試驗 102

4.3.1 試驗模型 102

4.3.2 試驗工況 104

4.3.3 試驗結果 107

4.3.4 基于等效剛度的整體損傷模型應用 119

4.3.5 損傷演化與失效過程分析 123

4.4 基于貝葉斯理論的地震損傷演化分析 134

4.4.1 貝葉斯理論 134

4.4.2 基于貝葉斯理論的地震易損性分析方法 139

4.4.3 試驗模型結構基于貝葉斯理論的地震損傷分析 141

參考文獻 154

第5章 高層鋼結構基于等抗震性能的地震失效模式優化 158

5.1 基于等抗震性能的優化設計 158

5.1.1 設計理論 158

5.1.2 損傷準則 159

5.1.3 抗震性能指標 162

5.1.4 優化流程 162

5.2 失效模式單目標優化設計與分析 164

5.2.1 分析模型 164

5.2.2 優化過程 167

5.2.3 優化分析 171

5.3 失效模式多目標優化設計與分析 179

5.3.1 銅板剪力墻數值模擬方法 179

5.3.2 分析模型 180

5.3.3 優化過程 181

5.3.4 優化分析 182

參考文獻 188

第6章 高層鋼結構基于性能的地震失效模式識別與優化 190

6.1 基于損傷與越能的結構失效模式識別與多目標優化 190

6.1.1 損傷指數 191

6.1.2 能量指標 194

6.1.3 失效模式優化 194

6.1.4 算例分析 195

6.2 基于概率的結構主要失效模式識別方法 204

6.2.1 各失效模式下結構失效概率 204

6.2.2 失效模式識別步驟 205

6.2.3 算例分析 206

6.3 基于截面損傷指數的結構失效模式多目標優化 215

6.3.1 截面損傷指數 216

6.3.2 失效模式多目標優化 217

6.3.3 算例分析 217

參考文獻 230

第7章 高層鋼結構基于MR阻尼器的非線性地震損傷控制 232

7.1 非線性半主動控制平臺 232

7.1.1 半主動控制流程 232

7.1.2 基本控制方程 234

7.1.3 MR阻尼器的出力模型 235

7.1.4 半主動控制律 236

7.1.5 MR阻尼器優化設計 237

7.2 高層鋼框架結構非線性地震損傷控制 238

7.2.1 分析模型 238

7.2.2 損傷控制效果 239

7.3 鋼板剪力墻結構非線性地震損傷控制 244

7.3.1 分析模型 244

7.3.2 動力時程響應 246

7.3.3 損傷控制效果 251

參考文獻 256

第8章 高層銅-混凝土結構基于MR阻尼器的非線性地震損傷控制 257

8.1 鋼筋混凝土剪力墻損傷準則 257

8.2 算例分析 259

8.2.1 混合結構的數值模擬 259

8.2.2 分析模型 259

8.2.3 動力晌應 261

8.2.4 損傷控制效果 263

參考文獻 268

第9章 鋼混攝土結構非線性地震損傷控制模型試驗 269

9.1 半主動控制系統設計 269

9.2 模型設計與試驗工況 270

9.2.1 試驗模型 270

9.2.2 試驗工況 273

9.2.3 MR阻尼器 273

9.3 試驗結果與分析 275

9.3.1 峰值響應控制效果 275

9.3.2 動力響應控制效果 278

9.3.3 能量耗散控制效果 282

9.3.4 損傷控制效果 285

9.4 試驗模型結構損傷演化數值模擬 289

9.4.1 混凝土損傷本構模型 289

9.4.2 應變反演 290

9.4.3 等效纖維單元模型 292

9.4.4 數值模擬結果 294

參考文獻 297

索引 2992100433B

本書系統地總結和闡述了高層建筑結構地震損傷演化分析、失效模式識別與優化、基于磁流變阻尼器的非線性地震損傷控制的原理與方法等。主要內容包括高層建筑結構豎向構件地震損傷分析，高層鋼框架結構、高層銅框架溫凝土核心筒結構地震損傷分析，高層鋼結構基于等抗震性能的地震失效模式優化，高層鋼結構基于性能的地震失效模式識別與優化，高層鋼結構、高層鋼淚凝土結構基于MR阻尼器的非線性地震損傷控制，以及鋼棍凝土結構非線性地震損傷控制模型試驗等。