带有条形拉伸和关节剪切劣化的缺陷RC结构的地震脆弱性评估

抽象的

巴基斯坦是一个欠发达的国家，仍在努力改善建设做法。在克什米尔(2005年)的地震中，大多数私人建筑都是非工程化的，造成了大约8.5万人的生命损失。然而，克什米尔(2005)地震后，政府和工程界强调了地震规范的实施。虽然目前的施工实践被认为比以前的施工工作更好，但这些结构的脆弱性仍有待确定。它的目的是评估在巴基斯坦最近的RC建设仍然需要评估的脆弱性。研究工作从标定描述节理剪切退化的面板区域单元(PERFORM 3D)开始，同时将分析结果与文献中的实验工作进行比较。然后，该框架工作被用于评估钢筋混凝土结构在巴基斯坦目前典型的施工实践的脆弱性，同时使用先进的能力谱方法，由Kyriakides开发的，已经考虑了三个案例，更频繁地由公共部门建设，在不同的地震带，以设计为基础，通常是该地区的建筑商遵循的。最后得出了结论，并提出了进一步改进结构抗震性能的建议。

1.介绍

地震是人类社会演变以来的结构损伤的主要来源之一。去年十年的主要地震如Bhuj（2001）在印度，Bam（2003）在伊朗（2003年），苏兰拉，导致海啸（2004年），克什米尔（2005），海地（2010年），中国（2010年），印度尼西亚（2010年），智利地震和海啸（2010年）和基督城 - 新西兰（2011年）严重地震动了人类生活安全和经济的经济。在像巴基斯坦这样的发展中国家，大多数克什米尔（2005年）地震之前的施工已经进行了未经考虑的地震设计参数，这是克什米尔地震后引起约85000人生命的基本原因（2005年）。

在结构的设计阶段，尤其是建筑物，旧做法涉及仅梁，柱，板坯和脚踏的设计，同时考虑到大变形期间的诱导能量被仔细详细的塑料铰链吸收，通常位于连接梁中，而是关节被认为是弹性元件，因为它们由于粘合和剪切性能而表现出较差的能量耗散机制。相反，在实验室中进行地震测试或在地震后观察结构的故障，关节剪切失效是结构损伤的主要原因之一（Lafave等，2004）。当通过地震遇到结构时，由于其连接梁和柱，接合区域受到时刻逆转。在类似的线路上，称为杆拉出的另一个重要参数是最突出的故障模式，特别是对于梁钢由于地震而受到相当大的轴向应力的角接头。

从文献回顾，可以发现，工程师已经确定，其中关节经历在一侧显著非弹性剪切变形，钢筋也经受轴向应力引起对钢的混凝土的粘结，破损时韧性抗弯框架结构受到抗震力。因此，通过在结构的分析和设计期间忽略关节剪切和杆拉伸，可能出现结构性能和延展性需求的结构性性能和误差的误解。因此，对于更现实的楼层漂移结果，必须迎合关节和杆拉伸的非弹性剪切行为。

这项研究是由Kyriakides（2012）和AHMED开发的地震脆弱性评估框架的延续，[1]在谢菲尔德大学。Kyriakides和Ahmed都认为剪切在他们的研究中是弹性完美的塑料。因此，需要了解带负刚度和强度降解的剪切力将表现出来。目前研究的目的是通过使用联合剪切和酒吧拔出在考虑实际建筑物的同时使用有限元模型来评估目前的结构，在巴基斯坦建造;因此，作者在两个部分中组织了这项研究，其中第一部分通过使用面板区域进行梁柱关节子组件的校准，用于使用用于联合剪切模型，最后，在第二部分中，进一步扩展了研究的范围，典型目前正在建设中的巴基斯坦三层，五层和八层的住宅建筑已被考虑用于地震漏洞评估。

2.第I部分

与Lafave等人的实验工作相比，本研究工作的第一部分涵盖了分析联合剪切模型的开发。（2004），通过建模和分析联合子组件进行3D。但是，在进行分析评估描述的同时提供了对文献综述的一瞥。

2.1。文献评论

虽然看着对地震激发的联合行为的文学，但研究人员已经努力逼近关节的非线性行为，而结构受到横向力，特别是地震激发。已经制定了以下研究审查，以便快速概述较早的研究。

吉拉森[2]提出了一个非线性弹簧与线弹性简梁单元连接的模型。该模型隐式地显示了结构整体漂移响应的改善，但缺乏局部响应。克拉文克勒和莫哈西卜[3.[]被认为是引入板区性能的先驱，发展了一个宏观单元模型来表示钢抗弯矩框架的板区性能。该模型由两个由旋转弹簧连接的剪刀型组件组成，用于表示节点剪应力应变行为。后来，克拉文克勒[4.[开发了一种具有刚性边界的更精确的面板区域模型，具有三线性剪切应力应变行为。Alath和Kunnath [5.]开发了具有类似概念的RC连接面板元素，如上所述。考虑到关节芯的纯剪切行为，但是在经验计算的同时计算面板矩。Bidah和Ghobarah（1999）通过引入两个旋转弹簧，一个用于联合剪切变形，另一个用于梁加强杆的粘合滑移行为，提出了一模型的Alath和Kunnath。YOUSAF和GHOBARAH（2001）开发了一种更精致的模型，具有四个与铰链的刚性环节和用于面板对角线连接的两个非线性轴向弹簧。该模型对关节面的关节剪切和杆拉出的改善了计算，但缺乏更准确地计算RC滞后性能。低价和altontash [6.]提出了一种更现实的联合剪切模型，用于较旧导电框架，无需联合剪切钢筋，具有四个接口剪切弹簧和八个条形滑动弹簧。

2.2。执行3D中联合剪切面板的分析模型

Lafave等人。（2004）测试了四个梁柱子组件，横梁和列的增强细节差异。通过使用液压致动器在顶部施加横向负载，并因此通过使用液压致动器来进行对子组件进行测试，以相应地编辑用于关节剪切应力与菌株。在该研究中，已经为样品SL1开发了分析模型。标本SL1的简要图表描述已如图所示1除了分析工具的联合剪切面板外。

执行3D已被用作分析工具，并将结果与​​Lafave等人的公开实验工作进行比较。（2004）。该子组件已在2D中进行建模，带梁和柱作为弹性元件和接合区域作为无弹性连接元件区域，如图所示2。子组件的支撑条件是左右底座和滚子支撑件的铰链（Lafave等人2004）。

表格中提到了材料属性1和2快速评论。

对于非弹性接头元件，已经使用连接面板区域元件。用于定义连接元件的输入参数是通过连接和剪切应变的瞬间。如前所述，接合区域经受高位逆转导致时刻通过与剪切失效的结果进行连接;因此，作用在关节上的水平剪切力乘以光束的顶部和底部条之间的距离，以通过连接赋予时刻[8.］.为了定义不同延性水平下的剪应力，选择了一个三线性关系来表示节点的滞回特性。从文献综述来看，Stevens等人[7.[测试关节子组件后，开发骨干曲线，抵抗关节剪切应力和应变。后来，金和莱亚夫[9.使用贝叶斯参数估计方法开发了一种批判性评估的RC关节剪切应变应变分析模型，同时测试341个不同的关节子组件，并考虑到接头行为最大的参数。作者在不同水平的延展水平开发了一组方程，适用于大多数梁柱连接。数字3.为Lafave et al.(2004)的联合子组件SL1提供了，在使用Kim and Lafave的A, B, C, D点的方程组[9.］.

在定义执行3D中的建模参数之后，已经进行了静态循环（推送）分析，因此结果用于开发能力曲线，与Lafave等人的公开实验结果进行比较。（2004）。

2.3。结果

在进行分析之后，获得了接头剪切应力与应变和叠层剪切与漂移的骨干曲线。在图中4.，在本研究中获得的骨干容量曲线的比较，Lafave等人的实验和分析工作。（2004）显示，显示结果的收敛性。

3.第二部分

在这一部分中，作者认为是实际的三层，五层，典型的典型巴基斯坦建筑物（正在建设）作为案例研究。如前所述，巴基斯坦遇到了许多地震，其中最近是Awaran Quetta（2013）和Kashmir（2005），这导致了重要人类生活和结构损伤，如图所示5.。

保持看见地震强度和频率，巴基斯坦已被细分为地震区，如图所示6.。

3.1。建设趋势

大部分建筑在巴基斯坦，特别是在私营部门，没有结构工程师的咨询。在进行这项研究时，作者发现，虽然在巴基斯坦已经开发了地震代码，但在不考虑适当地震设计的情况下正在进行建设。数字7.和8.展示结构的一些图形视图，在地震区4中建造的，位于Muzafarabad（由Kashmir Arcearquake 2005的区域）。

从图中7（a），在损害足够的限制/剪切钢筋的同时竖立了一楼柱钢。同样，来自图7 (b)在地震作用下，钢筋细部不良和通过接缝核心的剪力筋不连续性是主要的施工缺陷。一般情况下，图中所示的案例的突出特点是细节和构造较差7.。一方面，施工是用众多缺陷进行的，而另一方面，大多数发达地区，如伊斯兰堡，拉瓦尔彭德，卡拉奇和拉合尔，都有高层建筑，根据工程标准批评和执行（数字8.）。

从上一段可以很容易地理解巴基斯坦建设趋势的多样性。基于可变的建设趋势，Shehzada等人[11.[研究了ABBOTTABAD的脆弱砖砌，狭窄砖砌砖和钢筋混凝土结构的脆弱性，提出了用于防止结构的改造技术。在类似的线条上，在克什米尔地震（2005年）之后，在Kashmarabad和Karachi的学术建筑中，在Kashafarabad和Karachi学术建筑的地震脆弱性评估的地震脆弱性评估已经由Khan和Rodgers进行[12.那13.，并提出改善结构性能的建议。摘自Naeem等人[14.]，石砌体，砌块砌块和钢筋混凝土结构的失效导致由于克什米尔地震（2005年）引起了人类的严重损害。

鉴于以前的研究和一般建设趋势，作者选择了三种抗震脆弱性评估案例，目前正在巴基斯坦不同地区建设。其中3层楼和8层高的建筑物是住宅公寓，5层楼的建筑是商业建筑。这些建筑物被选中，因为它们通常在公共部门的各种地震区构建，在监督建筑下被认为是适当的工程结构，但不适应地造成地震设计。

3.2。建模，分析和结果

如前一行中所讨论的，所考虑的案例由3，5-和8层级的RC帧结构组成，由公共部门，在不同地震区的基于设计之后的建筑物，由公共部门更频繁地构建。Usman（2014）收集来自有关建筑工地的测试数据，平均混凝土强度为25 MPa和钢作为423MPa;因此，在本研究中考虑了2115MPa的混凝土强度和415MPa的钢强度。为了更好地逼近结果，栏拉出（CEB FIP码）和关节剪切劣化[7.]也已被纳入。由于在第一部分中进行了关于联合剪切退化的审议讨论，因此，这里仅介绍了关于Bar Lughout的简要讨论。杆拉伸被定义为钢筋钢筋从混凝土盖上滑出的故障，由于粘合性的劣化，当对结构进行逆转时。Pantazazapoulou等人喜欢的研究人员。（2002），Stanton等人。（2007），艾哈迈德[1]而Kyriakides（2014）已经通过实验和分析研究了酒吧撤退。在类似的线上Eligehausen等。（1983），Lehman和Mohle（2000），Lowes等。（2004年），并租赁（2006年）也努力开发用于杆拉出机制的分析模型。这项研究主要集中在考虑与Khan早期研究以来的联合剪切退化的同时，[12.那13.]在不失时，在考虑律师拉伸作为循环加载的滞后参数时已经进行。数字9.显示CEB FIP模型代码下定义的粘合应力与滑块的特征曲线（另见表3.）。通过使用复合横截面特性在连接的横截面中的光束和列中使用复合横截面特性来定义律压力滑动性能。

为了更加自信地应用联合剪切劣化和酒吧拉出模型的概念，以分析实际情况结构，作者分析了地震缺陷的RC结构（低上升2层和单个湾建筑物），比较了相同的脆弱性，如图所示10.，克里亚克斯的分析结果[16.那17.］.

在进行比较之后，研究进一步前面是对实际情况结构的漏洞评估，即3,5和8层，并且在定义最大层次漂移的同时执行静态循环分析，在定义材料特性和每个结构体。在执行分析之后，获得了对叠层剪切与每个结构的顶部节点漂移的滞后回路，并且绘制了骨干容量曲线，其进一步用于通过使用Kyriakides（2012）方法进行地震脆弱性曲线的发展。数字11.显示每个帧的海湾宽度和叠层高度，其进一步用于有限元成型和分析。

执行分析后，在图中获得了对抗楼层剪切而对顶部节点漂移的骨干容量曲线12.，这进一步用于绘制地震漏洞曲线。曲线还包含从结构模型的模拟中观察到的损坏状态。这种损坏的结果在图中进一步说明13.反对限制国家对读者的更多透明度。

通过使用Kyriakides（2012）方法进行了所选病例的地震脆弱性评估。Kyriakides（2012）对塞浦路斯的缺乏建筑物进行地震脆弱性评估，同时使用容量谱法（CSM）作为基本框架。然而，研究人员发现了在处理有辱人格结构时特别的程序的缺点。根据Kyriakides [16.[在CSM的背景下，需要转换的容量包络是理想化的，以弹性 - 完美的塑料形式。这是必要的，以便能够在每个位移处建立延展性水平。此表格普遍接受，甚至是CSM的最新变化，包括在FEMA 440中[18.假设弹性塑料（E-P）近似。然而，这种假设意味着弹性塑料（E-P）系统的能量不一定等于所有位移的容量包络的能量。这可能导致有辱人格的结构中的不准确性。“

基于缺陷，Kyriakides（2012）提出了通过近似邮政局刚度的许多不同弹性 - 完美塑料系统的容量曲线的形状来提出复杂的降级行为，以零封闭刚度，称为先进的容量谱法。数字13.显示三种情况中的每一个的漏洞曲线，限制了FEMA 273的状态[19.］.

从脆弱性曲线可以得出如下评论。（1）从限制状态，为数字绘制13（a）已经观察到脆性结构行为，因为损坏控制状态超过该结构立即折叠。该结构的各自行为表明它不能表现得令人满意地令人满意地在较高的PGA下。（2）五层楼(图13（b）），结构代表了更好的行为，因为它不会随着PGA的增加而突然失败。但是，一旦达到立即占用限制状态，就在非常短的序列中达到了其余的限制状态;因此，结构虽然将发出警告但是失败可能在短时间内发生。（3)八层（图13（c）），在PGA的结构中塌陷0.75。结构具有延性行为，在发生折叠之前，通过立即占用来损坏控制极限状态，结构已经表示相当大的警告。除了具有结构的漏洞之外，还进一步延长讨论，同时将GESI曲线与三种情况进行了比较了地震缺陷结构，如图所示14.。

4。结论

通过本研究，得出以下结论。（一世）关节剪切劣化是重要的结构建模参数之一。从Kyriakides等脆弱性曲线的比较。[17.[该研究对低缺陷缺陷的RC结构，当结合接合剪切以及杆拉出模型时，观察到更脆性的行为。因此，结论是剪切降解增强了脆性结构行为。（ii）通过查看易损性曲线，得出结构，特别是3层和5层，在达到最大PGA后出现了突然破坏。该结构表现为超过60%损伤指数的脆性破坏模式;因此，为了结构和生命安全，需要进一步改进设计以确定结构直至倒塌的延性行为。然而，人们观察到八层楼的反应更好、更安全。（iii）根据具有GESI曲线的漏洞曲线的比较，观察到结构造成100％损坏，良好在更安全的损坏PGA之前，GESI曲线推荐。尽管GESI曲线被开发用于地震缺陷的结构，但它们可以在这种结构中高估防塌预防。（iv）自2007年以来，巴基斯坦采用了地震码;然而，这些代码不完全理解和实施，因为在建筑行业仍然观察到码的偏差。

利益冲突

提交人声明没有关于本文的出版物的利益冲突。

参考

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