相鄰建筑物地震碰撞研究

楊永強

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

相鄰建筑物地震碰撞研究

楊永強

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

相鄰建筑物碰撞是指地震作用下其間距無法滿足相對位移要求時造成的側向撞擊，常常導致或加劇結構破壞。目前，我國城鎮現存建筑，尤其是臨街建筑中多數防震縫寬度不足甚至為零。國內外近年的幾次地震表明，這些建筑在強烈地震作用下，極易發生碰撞破壞，造成生命和財產的巨大損失。因此，開展相鄰建筑物地震碰撞破壞研究，發展相鄰建筑物抗震能力評估方法具有重要的理論意義和工程應用價值。

針對相鄰建筑物地震碰撞破壞問題，本文主要進行了兩方面研究。首先，推導了考慮屈曲的鋼筋本構方程，基于纖維模型建立鋼筋混凝土框架梁柱單元，模擬了清華大學公布的一個框架結構邊柱擬靜力試驗加載過程。與試驗結果對比表明，本文建立的梁柱單元模型能滿足計算要求。選取Hertz-damp接觸單元模型，推導了考慮碰撞的結構動力方程。提出變積分步長法，兼顧了計算效率和碰撞模擬精度。模擬了相鄰鋼筋混凝土框架結構地震碰撞過程，編寫后處理程序，顯示梁柱單元破壞指數的變化過程，分析了碰撞破壞致災原因。研究了相鄰建筑結構破壞指數與其間距的關系，給出相鄰建筑間距取值方法。其次，本文提出相鄰建筑物碰撞譜的概念，分析了碰撞譜的影響因素和特征，可為相鄰建筑物抗震能力評估以及防撞、加固措施研究提供參考。主要結論如下：

（1）相鄰鋼筋混凝土框架結構碰撞過程模擬。碰撞過程分析表明，多數情況下隨防震縫的加寬，碰撞力幅值和碰撞次數降低，結構破壞程度減輕。隨著PGA的增大，碰撞力的幅值增加，碰撞次數增多。碰撞力峰值與PGA基本呈線性關系，說明PGA對結構碰撞影響很大。當碰撞力峰值較高時，結構的側向振動主振型會發生改變。碰撞會使得結構水平加速度反應放大，高頻成分增多，并且產生方向性差異。碰撞對結構水平位移反應的影響明顯小于加速度，位移反應的主要特征就是單方向位移受限。單元破壞指數分析表明，防震縫較小時碰撞會造成相鄰結構局部或整體破壞程度加重。分析結構破壞指數與相鄰結構間距的關系發現，在小于無碰撞間距的一定區間內時，結構的破壞指數稍微降低或稍微增加，基本保持不變，本文認為，此區間內結構破壞程度不變，建議相鄰結構間距取該區間的最小值，算例表明本文建議間距比無碰撞間距縮小10%左右，可節約土地成本，給設計施工帶來方便。

（2）相鄰建筑碰撞譜研究。碰撞譜既能反映地震動的特征，也能考慮相鄰建筑之間碰撞對結構地震反應的影響選取76條最不利設計地震動進行碰撞譜計算主要在彈性范圍內研究了不同參數對碰撞譜的影響，為近似估計碰撞影響提供參考。分析表明，防震縫寬度和PGA對碰撞譜曲面的影響與時程分析結果一致。當質量、阻尼比、延性系數相同時，若不考慮地震動輸入相位差，相鄰結構周期相同則無碰撞。另外，結構的阻尼比、延性系數越大，質量越輕、接觸剛度越低，相鄰結構之間的碰撞力越小。碰撞對小阻尼比結構反應峰值的影響比大阻尼比結構要大。結構的質量越大，碰撞力越大，但碰撞對結構反應的影響越小；質量小的結構的反應受碰撞影響較大。碰撞對延性系數大的結構加速度反應峰值影響較大。降低相鄰建筑物之間的接觸剛度，可有效避免相鄰結構地震碰撞破壞。場地類型對碰撞作用有一定影響，但隨PGA增大，影響變小。

相鄰建筑；地震碰撞；防震縫；破壞指數；碰撞譜

（作者電子信箱，楊永強：yangiem＠foxmail.com）

TU311.3；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.014