RC框架结构连续倒塌动力响应影响因素分析

在极端荷载作用下,结构局部会发生初始损伤.由于初始损伤会在不同结构构件间发生传递,可能会引发结构整体的连续倒塌,造成重大经济损失和人员伤亡.为评估结构的抗连续倒塌能力,通常采用拆除构件法对结构在某一构件发生失效后的整体承载能力进行分析.拆除构件法包括非线性静力Pushdown分析方法和非线性动力分析方法.本文对拆除构件法中非线性动力分析方法的主要影响因素进行研究.选择一个按中国规范设计的五层三跨钢筋混凝土框架结构作为研究对象,分析框架柱失效时长、重力荷载分布形式以及动力加载方式对结构在瞬间失柱条件下非线性动力反应的影响.研究结果表明:柱失效时长对结构非线性动力反应影响显著,当失效时长大约为结构自振周期的0.5倍时,结构非线性反应的动力效应几乎消失;采用不同重力荷载分布形式(满跨分布和受损跨分布)对结构的非线性动力反应影响并不明显;与先加载后移柱的动力加载方式相比,采用先移柱再加载的动力加载方式会放大结构的非线性动力反应,但放大效应有限.     

混凝土框架结构设置粘滞阻尼器抗竖向连续倒塌性能分析

结构竖向连续倒塌过程中,由于构件突然失效退出工作,结构的几何构成发生突变,引起构件振动。运用SAP2000结构分析软件,以南昌某服务中心混凝土框架结构为研究对象,针对设置和未设置粘滞阻尼器2种工况,采用拆除构件法对其进行非线性动力分析,研究初始失效柱位置竖向位移时程曲线、梁端转角、结构塑性铰分布情况,对比分析设置和未设置粘滞阻尼器的框架结构的抗连续倒塌性能。结果表明:粘滞阻尼器可降低混凝土框架结构竖向连续倒塌的动力效应,有助于提高混凝土框架结构的抗竖向连续倒塌能力。 更多还原     

不同烈度下框剪结构的抗连续倒塌对比分析

为探究不同烈度下框剪结构的抗连续倒塌性能，运用SAP2000有限元分析软件，结合拆除构件法对不同烈度条件下的11层框剪结构进行非线性动力分析。分析结果表明：抗震设防烈度这一参数对框剪结构各构件在结构整体抗连续倒塌性能中的作用排序影响不大；不同烈度下，相同构件的失效，剩余框剪结构响应相似，L形剪力墙由于双向约束作用，可提高结构的抗连续倒塌性能；框剪结构随着烈度的提高，抗连续倒塌性能有所提高；框剪结构在7°(0.15g)和8°(0.20g)条件下的抗震设计与6°(0.05g)相比，混凝土用量变化不大，钢筋用量分别增加11.6%和33.8%,伴随的失效点竖向位移最大能降低8.1%和30.4%;高烈度地区对框剪结构进行抗连续倒塌设计时易出现“强梁弱柱”的设计。     

竖向不规则RC框架结构连续倒塌动力放大系数研究

为研究竖向不规则钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构连续倒塌过程中的动力响应特征,以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法,采用静力非线性和动力非线性分析方法,研究底层柱失效时建筑形式与动力放大系数之间的关系,并针对特定建筑形式提出塔群层数比和塔群跨数比。研究表明:GSA2003在静力非线性方法中所建议的动力放大系数2.0偏于保守;减小结构的塔裙层数比,降低结构不规则程度能够有效地提高剩余结构承受动力荷载的能力;在下部裙楼跨数一定的情况下,增大结构塔群跨数比能够降低结构连续倒塌的风险。     

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。     

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。     

12层框架角柱与边柱连续倒塌破坏效应分析

参考美国国防部编制的《结构抗连续倒塌设计》(DOD 2009),以12层钢筋混凝土框架为研究对象,基于有限元软件SAP2000,采用拆除构件方法,对角柱和边柱进行连续倒塌破坏效应分析。利用非线性动力分析,研究其抗连续倒塌能力,对结构移柱前后关键构件内力以及塑性铰分布加以对比,进行角柱与边柱连续倒塌的破坏效应分析。     

混凝土框架结构设置粘滞阻尼器抗竖向连续倒塌性能分析

结构竖向连续倒塌过程中,由于构件突然失效退出工作,结构的几何构成发生突变,引起构件振动。运用SAP2000结构分析软件,以南昌某服务中心混凝土框架结构为研究对象,针对设置和未设置粘滞阻尼器2种工况,采用拆除构件法对其进行非线性动力分析,研究初始失效柱位置竖向位移时程曲线、梁端转角、结构塑性铰分布情况,对比分析设置和未设置粘滞阻尼器的框架结构的抗连续倒塌性能。结果表明:粘滞阻尼器可降低混凝土框架结构竖向连续倒塌的动力效应,有助于提高混凝土框架结构的抗竖向连续倒塌能力。     

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。     

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,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,节省计算时间,同时能够反映结构的动力特性。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253 min(4.2 h),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5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4个阶段为长持时的准静态分析,第5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。     

轻钢结构柱爆炸荷载应变率效应影响因素分析

以中国现行轻钢结构设计手册为基础,选取其中一个型号的轻型钢结构柱为研究对象,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立爆炸荷载作用下的有限元数值分析模型,并进行应变率响应数值模拟分析。文章分析了不同工况对轻钢结构柱应变率响应的影响,结果表明,影响轻钢结构柱应变率的主要因素是比例距离和失效应变,而柱高、支座形式等因素对应变率的影响不明显;在设计计算中,将爆炸荷载产生的应变率考虑为常数,将动力强化系数考虑到材料性能中,再将动力反应分析的准静态方法是可行的。文章的研究成果可以为结构的优化设计、防护措施提供重要理论依据。     

典型钢框架结构节点的动态力学性能与延性分析

采用ABAQUS有限元软件分析了典型钢框架节点(狗骨式节点、端板螺栓连接节点和T型钢连接节点)抗倒塌性能,通过改变冲击荷载大小得到节点的荷载-位移曲线关系,从而得到节点的动态力学性能。分析结果表明,对于不同类型节点,在冲击荷载作用下均未形成悬索机构,且翼缘削弱部分和螺栓连接是梁柱子结构中的薄弱环节。提出了采用节点延性系数评估连续倒塌过程中节点延性的方法,定义不同类型节点结构动力荷载下的极限转动能力θmax与结构开始形成悬链线效应所达到的转角(θc)比值为节点延性系数。当节点延性系数大于1.0时,表示该节点结构能够形成悬链线效应,进入悬索作用阶段;延性系数越大,结构的安全储备越大。节点延性系数可以用于结构抗连续倒塌设计,评估结构是否考虑悬链线效应,以便对结构进行经济、合理的设计。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

等倒塌设计抗弯钢框架的结构影响系数

为促进抗震设计所采用的结构影响系数能够定量实现"大震不倒"这一性能化抗震目标,按照中国抗震规范设计了3个具有相同的抗倒塌储备能力的抗弯钢框架,采用增量动力时程分析方法、并结合"等倒塌"设计准则,确定了抗弯钢框架的结构影响系数,给出了建议值。     

横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

基于位移的适应谱Pushover方法及其应用

文章基于非弹性位移反应谱来定义结构的位移模式,通过对一个6层框架结构的动力特性进行分析,提出了基于位移的适应谱Pushover方法(DASPA法)。利用DASPA法和传统的Pushover方法分别对一高架梁式桥进行静力弹塑性分析,并将计算结果与非线性时程分析的结果进行对比。结果表明,由于DASPA法考虑了高阶振型的影响以及结构屈服后振动特性的改变,其计算结果比传统的Pushover方法更加准确合理。同时,由于DASPA法直接基于位移来控制结构在地震中的行为,因此概念清晰,计算过程简单,更适用于工程实际。     

腹部开孔钢筋混凝土简支梁非线性数值模拟

钢筋混凝土开孔梁是降低建筑层高,节约建筑成本的有效途径之一。目前国内外对腹部开孔的钢筋混凝土梁进行了一些研究,但大多局限于试验研究。运用大型结构分析软件ANSYS对六根腹部开有矩形孔的钢筋混凝土简支梁建立空间有限元模型,通过选择适当的单元、材料模型、本构关系对其进行非线性数值分析,将模拟得到的截面抗剪承载力、荷载-挠度曲线与试验结果进行比较,分析结果与试验结果吻合较好,验证了ANSYS分析钢筋混凝土开孔梁的可行性,并进一步对影响开孔梁受力性能的孔洞高度、孔侧加强筋等因素进行了参数分析,得出了一些有价值的结论。     

连续配筋混凝土路面荷载应力有限元分析研究

连续配筋混凝土路面(CRCP)为带缝工作,荷载应力、温度应力状况等与其开裂状况相关,初始裂缝状态的变化会影响到后继裂缝的形成和分布,使路面受力机理的理论分析变得更为复杂。为此,论文综合考虑裂缝、钢筋等效、地基等影响因素,采用有限元分析方法分析CRCP荷载应力的分布规律,分析了板宽、板厚与地基模量、混凝土模量、配筋率对CRCP荷载应力的影响,为CRCP的结构设计建立了更为合理的计算方法。     

海上风机—基础水平振动的多自由度分析

为了对风机进行抗震设计,进行了风机塔和基础的动力分析。首先对近海风力发电机的塔和泥面线上基础进行了多自由度动力系统的自由振动分析,得到了自振频率和对应的振型。然后进行了近海风力机塔和泥面线上基础这一多自由度结构在地震作用下的动力分析,得到了结构物的位移反应。结果发现:对于多自由度结构的强迫振动,外荷载的频率与结构的任何一个自振频率相同时,位移幅值会无限大,即出现共振现象。当外荷载的频率与结构的自振频率接近时,结构物的位移反应也会很大。减震可通过调整结构的构造或者设置阻尼器。     

桥面不平度的简支梁桥车桥耦合振动分析

桥面不平度通常被认为是影响车桥系统耦合振动的主要因素之一。根据给定的桥面不平度功率谱密度变换得到桥面不平度是一个有效、快速的途径。分别采用三角级数法和Fourier逆变换法得到各级路面的不平度及其对应的功率谱密度函数。通过比较可知:Fourier逆变换法精度较目前被广泛应用的三角级数法高。推导了四自由度车辆和桥梁的振动平衡方程,并编制了车桥耦合振动分析程序,结合Fourier逆变换法得到的桥面不平度,分析了某简支梁在考虑桥面不平度下的动力响应。研究结果表明,桥面不平度对桥梁和车辆的动力响应影响很大,车速决定着车辆对桥梁作用力和车辆受到的桥梁对其反作用力的频率,从而影响到桥梁振动。