填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

基础隔震结构连续性倒塌的非线性动力分析

基于备用荷载路径法,以基础隔震结构体系为研究对象,采用非线性动力分析方法分别对底层框架柱和隔震支座意外失效时剩余结构连续倒塌情况进行分析。同时,根据性能化设计评估方法 FEMA356中塑性铰力与位移关系曲线提出了反映受损结构抗倒塌性能的评价指标。研究表明,利用结构性能化指标可以较为准确地评判剩余结构的连续倒塌形态;且隔震支座失效对剩余结构造成的影响弱于底层框架柱失效所造成影响,但两种失效情况所引起剩余结构的响应趋势是一致的。     

考虑楼梯的框架结构连续倒塌分析

利用有限元软件SAP2000的动力非线性计算方法对考虑楼梯与不考虑楼梯两种情况下的框架进行连续倒塌计算,对比分析了楼梯位置处两处框架柱失效时框架的抗连续倒塌能力。分析结果表明:当楼梯部位的柱失效时,考虑楼梯与不考虑楼梯对框架的连续倒塌计算影响很大。考虑楼梯后,模型失效点处的位移和框架梁的内力减小,部分柱内力增大;楼梯构件受力改变,可能会因此失效,但有利于实现荷载的多路径传递,从而对框架的抗连续倒塌有利。     

失效时长和结构延性对基础隔震结构连续倒塌影响分析

利用SAP2000有限元软件建立了一个4层基础隔震框架结构,利用非线性动力分析方法,主要从构件不同失效时长和延性角度分析了基础隔震结构在地震作用下的抗连续倒塌能力。研究结果表明:拆柱后,剩余结构在地震作用下对构件失效时长比较敏感,且随着失效时长的增加,梁端塑性铰转角和失效点竖向最大位移都有所减小;随着梁截面高度的增加,梁端最大塑性铰转角有所减小,抗连续倒塌能力有所提高。     

基础隔震结构抗连续倒塌动力非线性分析关键问题研究

为了研究隔震结构连续倒塌动力灾变行为特点,并对隔震结构动力非线性连续倒塌分析方法的关键参数取值提供参考,本文以基础隔震结构为模型,对比分析了底层框架柱和隔震支座失效时剩余结构动力响应特点,探讨了隔震结构连续倒塌分析方法中的关键参数取值问题与解决方法。结果表明:对于基础隔震结构,并非失效时长越小剩余结构响应就越大;对于计算精度要求较高的结构,在分析之前应进行失效时长的对比分析,以便选出计算成本低而精度高的最优失效时长;合理准确的荷载施加是保证计算精度的重要前提,减少外部荷载作用可以有效减轻剩余结构损伤程度;隔震层的特殊构造要求有利于增强支座意外失效时隔震结构抗连续倒塌能力。     

弹簧阻尼支座对体育场钢结构抗连续倒塌的减振分析

阐述了弹簧阻尼支座减振原理,给出了其构造形式,介绍了拆除构件法中采用非线性动力分析方法的计算原理,以第三届亚洲青年运动会体育场钢结构屋盖作为研究对象,对拉杆系统连续失效情况下结构的响应进行分析,研究弹簧阻尼支座对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:体育场钢结构屋盖的抗连续倒塌能力良好,拉杆系统连续失效结构悬挑端最大竖向位移为387 mm,挠度为1/90,不会导致结构整体倒塌; 构件拆除后,结构立即进入运动状态,结构动能、应变能、悬挑端竖向位移、支座腹杆应力均在拆除瞬间陡增,达到峰值后逐步减小,并随时间增加反复振荡,最后趋于稳定,结构重新达到稳定平衡; 采用非线性动力方法计算的悬挑端竖向位移、关键杆件应力略大于静力分析方法,偏于安全; 弹簧阻尼支座能有效减小结构动力响应,提高结构防连续倒塌能力,其减振效果受弹簧和阻尼共同影响; 当结构采用了弹簧阻尼支座等消能部件时,对结构进行抗连续倒塌分析时应采用非线性动力分析方法考虑消能部件的有利影响。     

支撑对装配式钢框架抗连续倒塌性能影响

为研究不同支撑形式对装配式钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,建立4种不同支撑形式的模型,利用SAP 2000有限元软件,以6层装配式钢框架结构为原型,并采用构件拆除法,在分别拆除长边中柱、短边中柱、角柱、内柱的4种工况下对模型进行动力非线性分析。分析结果表明:支撑所在跨的框架柱失效后,支撑对结构抗连续倒塌作用明显,隔跨柱失效后,支撑对剩余结构抗连续倒塌性能的影响很小。     

考虑楼板影响的RC框架结构连续性倒塌动力响应分析

针对当前钢筋混凝土（RC）结构连续性倒塌的研究大多忽略楼板的影响,且使用零初始状态分析结构柱失效后的连续性倒塌与实际情况不相符的问题,采用非线性动力分析方法,以有限元软件ABAQUS为平台,应用基于UMAT二次开发接PQ-Fiber的本构关系,研究了结构在角柱失效后楼板对结构抗连续性倒塌的影响及拆柱时间和初始状态对剩余结构动力响应的影响。结果表明:考虑楼板影响的结构动力响应明显小于不考虑楼板影响的情况,可见楼板对结构抗连续性倒塌能力提高显著;拆柱时间小于剩余结构自振周期的1/4时,拆柱时间越小,结构动力响应越明显,对结构抗连续性倒塌危害也越大;对比不同初始位移和初始速度状态下结构的动力响应,不考虑初始状态的结构连续性倒塌分析低估了初始状态对结构变形的影响。     

平面钢——混凝土组合框架结构倒塌动力响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析程序,建立了一个双层四跨的平面钢—混凝土组合框架有限元模型,采用非线性动力分析方法对框架主要受力构件的内力响应进行分析,明确了中柱失效后剩余结构的传力特征和主要影响区域,研究成果可为钢—混凝土组合框架的抗倒塌设计提供参考。     

RC框架结构抗连续倒塌分析

参考美国规范,运用拆除构件法,基于SAP2000通用有限元软件．对一按照我国现行规范设计的RC框架结构进行抗连续性倒塌分析,分析了移除失效柱后,剩余框架柱柱轴力的变化趋势,对比分析了柱失效位置对结构抗连续性倒塌性能的影响,并研究了层高对结构抗连续性倒塌性能的影响．得出在不考虑地震荷栽作用时：角柱失效对结构影响最大;柱失效后,剩余结构的内力重分配只集中在失效跨内,失效点上方柱基本失去支撑作用;层高对结构抗连续性倒塌性能影响较小,建议结构层高取值在3．6m～4．2m之间。     

Assessment of progressive collapse-resisting capacity of steel moment frames

In this study the progressive collapse-resisting capacity of steel moment resisting frames was investigated using alternate path methods recommended in the GSA and DoD guidelines. The linear static and nonlinear dynamic analysis procedures were carried out for comparison. It was observed that, compared with the linear analysis results, the nonlinear dynamic analysis provided larger structural responses and the results varied more significantly depending on the variables such as applied load, location of column removal, or number of building story. However the linear procedure provided more conservative decision for progressive collapse potential of model structures. As the nonlinear dynamic analysis for progressive collapse analysis does not require modeling of complicated hysteretic behavior, it may be used as more precise and practical tool for evaluation of progressive collapse potential of building structures.     

Progressive collapse resisting capacity of braced frames

In this study, the progressive collapse potential of braced frames was investigated using nonlinear static and dynamic analyses. Eight different bracing types were considered and their performances were compared with those of a special moment‐resisting frame designed with the same design load. According to the pushdown analysis results, most braced frames designed per current design codes satisfied the design guidelines for progressive collapse initiated by loss of a first story interior column; however, most model structures showed brittle failure mode caused by buckling of braces and columns. Among the braced frames considered, the inverted‐V type braced frames showed superior ductile behaviour during progressive collapse. The nonlinear dynamic analysis results showed that all the braced structures remained in stable condition after sudden removal of a column, and their deflections were less than that of the moment‐resisting frame. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

建筑结构抗倒塌分析方法

建筑结构的倒塌可分为两种模式:建筑物侧向增量倒塌与竖向连续倒塌。本文论述了建筑物结构失效模式的如何辨识以及侧向倒塌能力点确定准则的相关研究进展。介绍了现有的连续倒塌研究方法,尤其是基于备用荷载路径的竖向非线性动力分析方法。为建筑结构整体抗震可靠度研究以及结构抗震性能评定与设计提供参考。     

Progressive collapse‐resisting capacity of modular mega‐frame buildings

In this study, the progressive collapse‐resisting capacity of modular mega‐frame structures consisting of a few identical subsystems was investigated based on column‐loss scenario. Four types of mega‐frame structures were designed as basic analysis model structures. According to pushdown analysis results, the mega‐frame structure with four corner columns did not satisfy the design guidelines for progressive collapse regardless of the number of subsystems when one of the first‐story mega‐columns was removed. To enhance the resistance against progressive collapse, we redesigned the basic model structure with four mega‐columns by adding additional floor trusses in the transfer floors, adding moment‐resisting frames at the perimeter and adding vertical mega‐bracing. The pushdown analysis results showed that the schemes with additional mega‐braces were most effective in increasing the progressive collapse‐resisting capacity of mega‐frame buildings. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢筋混凝土单向梁板子结构抗连续倒塌试验研究

梁和板组成的楼盖系统是框架结构的主要抗连续倒塌构件。为了分析各类结构参数对钢筋混凝土楼盖系统抗连续倒塌性能的影响,该文首先根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010设计制作了8个钢筋混凝土单向梁板子结构缩尺试件,这些试件具有不同的截面尺寸和配筋率。然后通过竖向加载试验研究这些试件在中柱破坏后的材料变形/损伤和抗连续倒塌承载力。试验结果表明：带楼板的子结构试件的承载能力明显高于相同截面的梁试件的承载能力;试件在梁机制阶段的承载能力主要由截面尺寸和钢筋面积所决定,而悬链线机制阶段的承载能力主要由截面中连续钢筋面积所决定;楼板的宽度、厚度和板内配筋以及梁高对梁机制下的承载力有较大的提高,其中板宽在大于一定值后影响变得不显著;只有楼板宽度和楼板配筋率对悬链线机制下的承载力有显著影响;梁内抗震配筋对缩尺试件在两个阶段的抗连续倒塌承载力影响都不大。     

预压装配式预应力混凝土框架边柱拆除时抗连续倒塌性能试验研究与理论分析

对一榀二层二跨预压装配式预应力混凝土(PC)平面框架进行了静力拆除底层边柱的试验及理论分析,探究了裂缝发展、变形能力、破坏模式及连续倒塌机理。根据试验框架达到极限承载力时的状态,提出了边柱失效时简化的结构抗力分析模型,并推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法; 基于能量法建立近似的动力响应评估模型,根据试验框架静力加载荷载-位移曲线近似得到其在边柱瞬时失效时的动力响应曲线。结果表明:框架的受力过程可分为弹性、弹塑性、塑性铰以及倒塌4个阶段; 加载时试件的混凝土裂缝开展及破坏集中在失效边柱相邻区域框架梁两侧梁端结合部,除失效边柱外,其余框架柱以及失效柱远离区域框架梁端基本完好; 框架在小变形阶段按梁机制受力,存在压拱效应及空腹效应; 在大变形阶段不能按悬链线机制受力,由梁的受弯机制和空腹机制共同抵抗不平衡荷载; 边柱失效时预压装配式预应力混凝土框架最大抗力达到60.9 kN,最终倒塌位移为430 mm,梁端转角为10.0°～15.3°,具有较好的抗连续倒塌能力。     

复杂高层钢结构抗连续倒塌能力分析关键技术研究

基于拆除构件法,通过显式动力有限元分析,对复杂高层钢结构待拆构件的选择、构件失效的模拟方法以及构件损伤评价标准的制定等关键技术进行了研究。结果表明：对于高层钢结构,竖向构件的敏感性可基本反映待拆构件的重要性,水平构件的敏感性可反映剩余结构发挥抗倒塌机制的储备大小。此外,还建立了基于美国性能化设计评估方法FEMA 356纤维模型的构件失效模拟方法,可使构件在动力响应过程中的失效破坏既满足FEMA 356构件变形极限又满足材料应变极限,同时还可依据FEMA 356中的构件性能水准与微观应变的对应关系评价剩余结构构件的损伤程度。运用该方法对案例工程钢结构的抗连续倒塌能力进行分析,结果表明：关键构件拆除后,结构未发生连续性倒塌,剩余结构能够形成有效的承载替代路径;大部分构件的塑性转角未达到IO水准,发生较大塑性变形的构件主要集中在替代路径的承载构件上。     

梅江会展中心张弦桁架抗连续倒塌分析

通过对天津梅江会展中心张弦桁架移除关键构件后的残余结构的承载力分析,得到张弦结构的支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆等关键构件的破坏对结构承载力影响最大;为了模拟杆件失效前静力荷载产生的初始变形对结构连续倒塌的影响,采用考虑初始变形的全动力等效荷载瞬时卸载法模拟杆件失效。对支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆失效进行连续倒塌动力分析,研究了纵向联系桁架对张弦结构抗连续倒塌的作用,得到平面张弦桁架通过纵向联系桁架组装成一整体,其整体性随着纵向联系构件抗弯刚度的增大而提高,共同作用效果明显。在此基础上,利用山墙的抗风柱,将边跨张弦桁架改变为多支点支承的普通桁架,设计时该抗风柱不仅承担水平风荷载,还承担竖向荷载,从而提高结构的抗连续倒塌能力。并根据该工程的特点提出集桁架支座、张拉端（锚固端）和桁架下弦管于一体的铸钢节点构造,不仅满足建筑要求,还使得该处节点承载力大大加强,可供相关工程参考。