钢筋混凝土框架结构中次梁的抗连续倒塌性能分析

目的分析次梁在框架结构中的抗连续倒塌性能,为抗连续倒塌设计和研究提供依据．方法采用有限元软件Sap2000对6个不同次梁布置形式（不考虑次梁、长边单向布置、短边单向布置、十字型布置、井字形布置、密肋型布置）的五层框架结构进行倒塌动力分析,同时笔者对其中5个模型（不考虑次梁除外）进行倒塌的敏感性分析和经济性分析．结果次梁密肋型布置的结构的位移和速度时程曲线斜率最小,其次是十字型和井字形．在长边中柱和角柱失效下,框架结构的连续倒塌发生的概率最大,在内柱失效下,连续倒塌发生的概率最小．长边布置形式的次梁的结构的总造价最小,十字型和井字形布置其次,最大的是密肋型布置．结论次梁有一定的抗倒塌作用,其中密肋型布置形式对抗倒塌最有利;框架结构对长边中柱和角柱失效下连续倒塌最敏感,对内柱失效下最不敏感;结合经济性和抗倒塌性因素考虑,框架结构的次梁布置形式应首选十字型和井字型．     

基于构件拆除法的不规则预压装配式框架连续倒塌分析

文章通过ABAQUS有限元模拟软件建立了L形平面不规则预压装配式PC框架,设置多种不同工况,研究了拆除各个位置承重柱后该框架剩余结构的抗连续倒塌机理。研究表明：预压装配式结构可提高结构整体的最大抗力;预应力钢筋的配置可提高结构的抗连续倒塌能力,并在悬链线阶段提高效果明显;柱失效位置对结构抗连续倒塌有着重大的影响,转角柱的结构抗连续倒塌性能介于内柱与长边中柱之间,其破坏位置越低、破坏时间越早,破坏范围越大。     

楼板对RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

楼板作为框架结构的重要组成构件,在结构抗连续倒塌中有重要作用。采用有限元ABAQUS非线性拟静力分析法,模拟两层2×1跨框架结构长边中柱失效以后结构连续倒塌的反应,对比分析考虑与不考虑楼板作用时,RC框架结构连续倒塌的情形,研究楼板对RC框架结构连续倒塌的影响。结果表明：楼板可以显著改善结构的刚度,提高结构的整体性,并延缓梁的铰链出现,提高结构的抗连续倒塌性能。     

基于GSA规范改进方法的框架结构连续性倒塌分析

为评估框架结构抗连续性倒塌潜力,结合GSA（general services administration）规范,采用备用荷载路径法进行连续性倒塌分析。在介绍GSA规范的基础上提出了一些改进,并阐述了评估结构抗连续性倒塌潜力的方法。基于GsA规范的改进方法,利用有限元软件ANSYS中的Beam188和Shel163单元建立三维框架有限元模型,采用生死单元法分别“杀死”长边中柱、短边中柱、角柱和长边两根柱,评估结构在上述工况下抗连续性倒塌的潜力。结果表明,对于典型的框架结构,长边靠中央的2根柱失效会造成结构的局部连续性倒塌,为建筑物的抗连续性倒塌设计提供了依据。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力及延性分析

以钢筋混凝土平面框架为分析对象,采用解析法讨论了钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程及相应抗连续倒塌机制和抗连续倒塌能力,推导了梁机制、复合机制、悬链线机制等各种抗力的理论计算公式。将这种分析方法和理论计算公式用于笔者完成的2个钢筋混凝土空间框架结构的连续倒塌试验,连续倒塌的抗力计算结果与试验结果符合较好。基于结构抗连续倒塌的自身特点,提出了"结构抗连续倒塌的延性要求与结构抗震的延性要求是不同的"这一观点,建立了钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌延性系数的定义和计算方法。结合连续倒塌过程、抗连续倒塌机制、抗力和延性的分析,提出了混凝土框架结构抗连续倒塌的延性设计要求。更多还原     

一种栓筋连接的装配式RC框架结构抗倒塌分析

为研究一种外包钢管栓筋连接的装配式钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能,完成了3根足尺装配式整体式长柱试验。首先使用有限元软件SAP2000中的多段线性塑性连结单元提出了一种简化的装配式柱模型,模拟出了该柱-柱节点,并与试验结果比较。然后采用抽柱法对一栋6层外包钢管栓筋连接的装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,分别抽除首层角柱、首层长边中柱、首层短边中柱、首层内柱四种工况,得到了抽柱后的关键构件内力、位移时程曲线;最后通过Pushdown曲线分析装配与现浇结构的倒塌机制。研究结果表明:多段线性塑性连接单元较好地模拟了装配式柱-柱节点,模拟值与试验值比较吻合;在设计荷载作用下,四种工况中内柱的破坏对装配结构影响最大,其位移比现浇结构大了72.2%;在抗力曲线中发现,角柱破坏时是装配结构梁机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了25.4%,内柱破坏时是装配结构悬链线机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了33.1%。最终得出需要加强装配结构的内柱和边柱及其相邻梁构件的截面尺寸和配筋,以及外包钢管的厚度来提高其刚度,本文可为此类装配式结构的后续工程应用提供一种抗倒塌设计参考。     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用S A P2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明：7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

梁板子结构的防倒塌机理研究

在模型验证的基础上,基于有限元软件对无板框架、无约束梁板子结构和有约束梁板子结构的抗连续倒塌能力进行对比,来研究边中柱移除工况下梁板子结构的抗倒塌机理。研究结果表明:连续倒塌发生时,梁板子结构中梁的悬链作用和板的薄膜效应可以提高结构的抗力,增加结构的变形能力;邻近楼板对梁板子结构的板边约束能大大增强结构的抗倒塌能力,但横向梁可能先于双跨梁发生破坏,因此在结构的抗倒塌设计中还应对横向梁的抗倒塌能力予以重视。     

不规则RC框架结构抗连续倒塌性能分析

为研究不规则RC框架结构抗连续倒塌性能，采用ABAQUS显式模型，建立二层、三层、四层不规则形式不同的十一个平面子结构模型。通过拆除构件法，在十一个平面子结构模型拆除中柱及角柱后进行考虑动力放大系数的非线性静力Pushdown分析。结果表明：当建筑结构底层中柱破坏时，不规则建筑结构形式抗连续倒塌性能降低约30%,并且随着建筑物层数的增加，数值逐渐降低。建筑底层边柱破坏时，结构不规则程度对结构抗连续倒塌能力影响较大，最大降低约60%。可见：建筑结构在满足其功能与形式的要求的前提下，降低结构的不规则程度或加强裙楼顶部水平承重构件有利于提高结构竖向抗连续倒塌能力并防止剩余结构发生连续性倒塌。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构防倒塌的判别

在地震作用下保证钢筋混凝土框架结构耗能最大化,同时保证在弹塑性变形条件下大震不倒,对框架结构意义重大。基于功能原理,对框架结构在水平地震作用下达到最大弹塑性位移时的2种变形破坏模式柱铰机制和梁铰机制进行分析,给出结构倒塌指标Ks的下限值和防倒塌的评估判别式,通过算例和实例对规范中框架结构防倒塌的相关要求进行了计算验证。结果显示,现行抗震规范对罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构变形控制值是略偏保守的。     

不同跨度比下腹板双角钢连接抗倒塌性能研究

以腹板双角钢连接的3个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）两跨三柱型钢框架梁柱子结构为研究对象,通过单调静力加载试验和数值分析探究了其在连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态、抗力机制和节点失效机理。结果表明,试件破坏均为失效柱与梁相连的两侧角钢因受拉发生断裂,且梁轴力、梁端节点转角以及角钢尺寸等是影响角钢肢断裂破坏的主要因素。3个试件具有相似的变形形态和破坏模式,其荷载峰值接近,但峰值荷载对应的失效柱水平位移随跨度比的增大而依次减小。对不等跨试件,变形较大时梁柱子结构因短梁梁端转角远大于长梁,使得内力重分布时线刚度较大的短梁将承担较多的水平荷载而先发生破坏。3个试件的抗力机制发展过程均可划分为梁机制与悬链线机制的混合阶段和悬链线机制阶段,且悬链线机制的充分发挥需要梁柱间具有可靠的拉结力。     

采用静-动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏（地震、冲击或者爆炸）,倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程,为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,该文基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静-动力转换分析方法进行了某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静-动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省了计算时间,又反映了结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253min(4.2h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为五个阶段：受火初期膨胀阶段,局部屈曲阶段,短暂平衡阶段,卸载阶段和局部倒塌破坏阶段,前四个阶段为长持时的准静态分析,第五阶段为非线性动力问题;此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。     

穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

套建增层预应力型钢混凝土组合框架罕遇地震下抗倒塌性能分析

目的研究罕遇地震作用下套建增层预应力型钢混凝土组合框架在不同抗震设防区和场地土下的倒塌规律,以提高套建增层组合框架结构的抗倒塌能力.方法采用IDARC平面分析程序对一榀单层单跨预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架开展滞回性能全过程分析,并与试验结果对比,验证所建数值模型的可靠性,在此基础上建立单跨多层结构形式的套建增层组合框架数值模型,并开展罕遇地震作用下弹塑性时程分析.结果随着套建增层组合框架底层柱高度的增加和增层层数的增多,底层柱损伤呈降低的趋势;同时依据套建增层组合框架底层层高和增层层数,得到了8度和7度抗震设防区下,I、II、III类场地土上套建增层组合框架的倒塌范围.结论倒塌的套建增层组合框架均表现为底层出现层间铰的倒塌机制,依据现行规范对倒塌的套建增层组合框架提高一个抗震等级后均可避免其发生倒塌破坏,可为相关工程设计提供参考.     

单跨无洞框支墙梁抗震受力性能研究

以单跨无洞框支墙梁为研究对象 ,通过两榀接近足尺的墙梁试件的试验研究 ,揭示了竖向荷载作用下 ,以及竖向荷载与水平荷载联合作用下框架支承墙梁的基本受力特征。研究表明 ,竖向荷载单独作用下 ,墙梁存在明显的组合作用 ,构造柱可帮助砌体承担相当比例的竖向荷载 ;在水平力作用下 ,作用在墙梁顶面的均匀分布竖向荷载在向下传递至托梁顶面的过程中 ,会偏移至倾覆弯矩受压一侧梁端 ,并可能使该侧墙角砌体压碎以及梁端明显的剪切破坏。