大跨度单层编织拱壳抗连续倒塌分析

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下的结构抗连续倒塌动力分析。利用应力比法分析站房结构屋盖的重要构件,采用ABAQUS软件对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国规范的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,在不同位置支座失效的情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

铁路枢纽单层编织拱壳屋盖连续倒塌分析研究

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下结构抗连续倒塌的动力分析。利用应力比法分析了站房结构屋盖的重要构件,采用有限元程序ABAQUS对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国标准UFC4-023-03的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明:在不同位置支座失效情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

中车科技文化展示中心连续倒塌分析

以中车科技文化展示中心大型空间管桁架钢结构项目为研究对象,通过敏感性分析,合理选取结构关键构件,并运用等效荷载瞬时卸载法对各失效工况下的剩余结构进行连续倒塌的动力分析,评估结构抗连续倒塌的能力。此外,探讨在不同荷载、不同最大应力比情况下,结构动力放大系数值变化的规律。分析结果表明:该结构在采用备用荷载路径设计法进行抗连续倒塌分析时,等效荷载P的加载时间t0取30倍剩余结构自振周期可以满足精度要求;在静力分析时,结构动力放大系数值随结构最大应力比增大而增大,随作用荷载的增大而减小。     

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。     

大跨度单层空间网格结构抗连续性倒塌分析

大跨度单层空间网格结构冗余度小,对缺陷比较敏感,施工效应的影响大,某些关键杆件的失效极易引起结构连续性倒塌。基于能量平衡原理,考虑构件失效前结构的已有变形,建立了空间网格结构及构件的能量平衡方程,推导出结构抗力与构件抗力的关系式。根据单层空间网格结构的失效模式,构建结构抗连续性倒塌的子结构模型,分析大跨度单层空间网格结构的抗连续性倒塌机制,即梁机制、拉结机制、梁-拉结相关机制以及压杆机制,提出了相应机制下抗力需求的理论计算方法和抗力-位移曲线,并通过数值算例分析验证了所提方法的正确性。此外,对备用荷载路径法进行了修正,提出用于抗连续性倒塌分析的考虑施工效应的等效荷载卸载法,将该方法通过算例进行验证后应用于世界大学生运动会主体育场结构的抗倒塌分析中,结果表明该方法更加接近实际,结果更为可靠。单层空间网格结构的抗倒塌机制在杆件失效后的内力重分布过程中发挥重要作用,世界大学生运动会主体育场结构具有较好的抗连续性倒塌性能。     

基于备用荷载路径法的核心筒悬挂钢结构连续倒塌研究

为了研究核心筒悬挂钢结构在施工过程中的抗连续倒塌性能,采用备用荷载路径法,运用MIDAS Gen软件对浦东新区黄浦江沿岸E8单元E17-4商业办公楼项目进行了连续倒塌分析研究,从结构模型中移除选定的关键受力构件,模拟结构施工过程中构件因偶然荷载的瞬间失效,通过计算结构在构件拆除后剩余结构的内力和变形,研究悬挂钢结构的倒塌机制并对其进行连续倒塌风险评估.结果 表明:核心筒悬挂钢结构具有一定的抗连续倒塌能力,当失效1根关键构件时结构仍处于安全状态;当同时失效2根关键构件时结构接近倒塌风险,建议采取额外的设计加强措施.     

整体张拉式钢索膜结构抗连续倒塌分析

以整体张拉式钢索膜结构为对象,考虑材料非线性与几何非线性,建立了相应的有限元分析模型。通过敏感性分析确定了钢结构系统与索系统的关键构件。采用考虑初始状态的等效瞬时加载法对该钢索膜结构体系进行结构抗连续倒塌能力分析。结果表明:对于索系统,两侧的背索是维持结构整体性能的关键构件;由于存在备用荷载路径,中间部位的索失效后,整体结构变形较小;钢结构系统中由于下部支承结构冗余度较高,无论单根桁架柱、斜撑柱或1对斜撑柱失效后结构响应均变化不大;桁架梁的跨中下弦杆与桅杆失效后会引发结构响应较大变化,可确定其为关键构件;中间榀桁架梁跨中下弦杆与下悬索的失效不会导致结构发生连续倒塌;两侧索结构由于缺乏备用荷载路径,背索与桅杆失效会导致结构局部破坏。     

大跨度四坡折板网架结构抗连续倒塌分析

空间结构的倒塌会带来巨大的经济损失甚至引起伤亡。四坡折板网架结构作为空间结构的重要结构形式之一,研究此类结构的抗连续倒塌性能具有重要意义。文中通过敏感性分析方法获得了四坡折板网架结构重要性系数最高的杆件分布位置,并采用等效荷载瞬时卸载法,证明了基于ABAQUS软件model-change单元失效进行的动力隐式抗连续倒塌分析方法和计算结果可靠有效。     

萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖连续倒塌分析

对萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖关键构件失效后的抗连续倒塌能力进行了分析研究,根据本工程特点,采用瞬态动力时程分析方法分析了不同支撑柱失效后是否会造成结构的连续倒塌,给出了关键构件性能水平划分等级以及相应技术措施建议。     

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。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

混凝土结构抗连续倒塌研究综述

连续倒塌是整体结构系统的复杂力学行为,涉及极端荷载的不确定性、结构行为的强动力非线性和承载机制的超大变形特征。为了更好地应用已有抗连续倒塌研究成果,分别对国内外影响较大的混凝土结构抗连续倒塌的试验、数值和理论研究结果进行了梳理。结果表明:已有试验研究主要集中于框架结构和板柱结构,对剪力墙结构、框剪结构等其他类型结构研究明显偏少,主要抗力机制的理论计算模型过于复杂,不利于工程应用,已有数值研究不能准确考虑大变形下钢筋黏结滑移失效、钢筋断裂和混凝土软化、破碎,准确性有待提高; 现有研究基本没有考虑多灾害耦合作用的不利影响,导致研究结论不准确,不利于指导设计; 未来需要进一步研究动力倒塌失效规律、不同类型结构的连续倒塌、整体结构系统连续倒塌规律、灾害相关的连续倒塌机理、面向多灾害防御的抗连续倒塌体系、面向工程的抗连续倒塌设计方法、高效连续倒塌数值分析模型等。     

RC框架抗连续性倒塌现浇板作用

我国RC框架结构抗连续性倒塌研究和试验通常不考虑现浇板作用.针对该问题,建立考虑填现浇板内钢筋的RC框架结构模型,运用拆除构件法,对剩余结构进行非线性动力分析,对计算结果进行对比,研究了板内钢筋和板厚度对结构抗连续性倒塌能力的影响,得到了在现浇板厚度小于180mm时,现浇板内钢筋对结构抗连续性倒塌能力有较大提高的结论.     

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。     

Elasto-plastic instability of single-layer reticulated shells under dynamic actions

This paper addresses the issue on dynamic collapse mechanism of single-layer reticulated shells subjected to harmonic load, sudden load and seismic load. The method for failure mechanism has reviewed the relationship between the response of the reticulated shell and the peak acceleration of dynamic action. Besides, the steel damage accumulation is considered in the method by compiling a user subroutine based on the computing program ABAQUS. An example is introduced to describe dynamic instability collapse resulting from geometric nonlinearity of the shell and the other example is presented to describe strength failure resulting from excessive development of plastic deformation, for it is discovered that the structure is not only to be prone to instability collapse in dynamic action. According to the responses of the single-layer reticulated shell under dynamic loads, this study discusses the relationship between the failure model and the corresponding dynamic load parameters. Then, the method for distinguishing failure modes is proposed based on the fuzzy synthetic evaluation theory and the structural responses of sufficient samples at the failure state. The technique feasible to be used to distinguish different failure modes of single-layer reticulated shells under different dynamic loads is validated.     

低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验,研究了模型结构的破坏过程、破坏特征,得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线;模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应,表现出剪切滑移特征;试件破坏时,其等效黏滞阻尼系数为0.146,小于常规现代混凝土框架结构;模型框架的位移延性系数大于3.0,极限位移角为1/27,表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果,采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析,结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高,模型框架的水平承载力增大,但延性变差;随混凝土柱纵筋配筋率的增大,模型框架的水平承载力和延性均明显提高。     

某航站楼在爆炸作用下抗倒塌性能研究

为了避免抗倒塌性能分析时确定关键构件的盲目性,考虑相邻构件损伤的影响,评估爆损构件残余承载力对结构抗倒塌性能的影响,首先根据航站楼结构的特点与可能遭遇爆炸的危险程度,合理确定大跨度钢结构抗爆关键构件的可能部位。通过对爆炸当量、爆炸距离与结构构件损伤程度关系的研究,确定关键构件及其相邻构件的损伤情况。分别采用移除构件法与多尺度模型对破坏严重的构件进行模拟,考察航站楼结构在爆炸作用下的抗倒塌性能。分析结果表明,箱形钢柱的损伤程度主要与爆心距离和爆炸当量有关,迎爆面的变形远大于背爆面,柱顶斜撑杆的损伤程度与爆炸冲击波的入射夹角关系密切。采用移除构件法进行大跨度结构抗倒塌性能分析时,屋盖的局部变形很大,结构发生局部严重破坏,分析结果偏于保守。通过多尺度模型,可以采用壳单元较为准确地模拟构件在爆炸作用下的损伤情况。由于大跨度的竖向构件具有较大的冗余度,爆损后仍然具有一定的残余承载力,可以有效抑制变形的发展,采用多尺度模型得到的屋盖变形远小于移除构件法的分析结果。