Geiger型碳纤维索穹顶结构连续倒塌性能非线性分析

为了研究Geiger型碳纤维索穹顶结构的连续倒塌路径及破坏模式,基于备用传力路径(alternate path,AP)方法,采用等效荷载瞬时卸载法来模拟初始失效构件的拆除,对矢跨比为0.1的索穹顶结构的连续倒塌全过程进行了非线性动力数值分析。提出结构重要性矩阵和构件重要性系数的概念,建立了倒塌控制方程。依据倒塌控制方程将构件分为:关键构件、重要构件和一般构件。上述三类构件分别对应于在拆除该构件后结构发生整体连续倒塌、局部连续倒塌和不发生连续倒塌三种倒塌结果。通过参数分析,得出结论:对倒塌结果影响较大构件为内环索、内圈和中圈压杆。针对Geiger型碳纤维索穹顶结构提高抗连续倒塌性能提出设计建议。     

填充墙对结构连续倒塌影响的研究进展

作为最常用的非结构构件之一,填充墙对结构抗震性能的影响已被普遍认知,并认为在分析和设计时忽视其存在不符合实际情况。对于结构的连续倒塌问题,目前仅获得了填充墙对结构抗连续倒塌性能影响的有限知识。填充墙的存在能够提高结构连续倒塌时的初始刚度和抵抗力,改变荷载的传递路径,最终导致结构的破坏模式和破坏位置改变。该文从试验研究、数值分析和设计方法三个方面系统综述了国内外关于填充墙对结构连续倒塌影响的研究现状。介绍了在现场和试验室两种不同场景下,基于拆除构件法的填充墙框架结构连续倒塌试验研究概况。总结了宏观模拟和精细化模拟两类填充墙框架结构连续倒塌的数值模拟方法。归纳了填充墙框架结构的抗连续倒塌设计方法。在此基础上,分析了该领域已有研究的不足并结合发展趋势对未来研究方向提出了建议。     

平面钢框架在撞击荷载作用下的抗连续倒塌分析

各种自然灾害和人为因素都可能造成结构连续倒塌,抗连续倒塌研究经常抛开引起倒塌破坏的原因,直接拆除关键柱,研究剩余结构的抗倒塌性能.该研究以平面框架受撞击荷载为例分析具体灾害对框架结构抗倒塌性能的影响,提出一种撞击力简化模型,分析结构体系对撞击力的激励反应,并将撞击拆柱法模拟结果与传统直接拆柱法结果对比,分析两种方法对结...     

常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构，其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析，总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括：按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构，并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库；采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析，获得结构系统在局部构件失效下的动力响应；对比分析不同结构的连续倒塌动力响应，研究不同参数对连续倒塌后果的影响。     

主要设计参数对规则RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

连续倒塌是指由意外事件造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应，最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌，其中结构系统的冗余承载力对其抗连续倒塌性能具有显著影响。为满足工程快速评估的需要，分析、总结了主要设计参数对规则框架结构抗连续倒塌性能的影响规律。按照规范设计了18个典型钢筋混凝土(RC)规则框架，分别考虑了不同抗震设防烈度、结构总楼层数、结构跨度3个主要设计参数对结构冗余承载力的影响；采用纤维梁模型建立了所有典型框架的有限元模型，其中梁采用T形截面建模考虑有效翼缘宽度范围内楼板的贡献；采用非线性动力拆除构件法分析了框架在不同部位发生初始破坏时的连续倒塌响应，以及主要设计参数对结构连续倒塌影响的规律。     

内爆作用下RC框架结构SAP数值模拟

利用SAP2000软件,在构件拆除法的基础上增加了爆炸冲击荷载对关键失效构件周围其他构件的直接作用,对内爆作用下的RC框架结构进行了动力非线性分析,并将分析结果与仅采用构件拆除法的分析结果进行了对比。通过对比计算结果可以看出,爆炸冲击荷载对失效构件周围其他构件的直接作用会对RC框架结构的损毁程度产生较大影响。与构件拆除法相比,SAP2000分析方法更符合内爆作用下RC框架结构的实际受荷情况。与利用ANSYSLS/DYNA等大型有限元软件进行显示动力分析相比,SAP2000分析方法更易于掌握,节省时间,更便于广大结构设计人员使用。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法的研究

首先简要介绍了国外抗连续倒塌设计规范的主要设计方法和分类设计体系,然后重点对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌拆除构件设计法和拉结强度设计法进行较为深入的分析研究。在基于非线性动力分析的拆除构件设计法进行分析的基础上,对基于线弹性静力分析的拆除构件法的原理和设计参数进行了分析和验算,提出适合我国工程结构的设计参数。分析了国外规范拉结强度设计法应用于按我国规范设计的框架结构的不适用性及其原因,并对国外规范拉结强度设计法中基本拉结强度的计算模型所存在的不足进行了改进,提出了考虑空间传力路径等因素的拉结强度设计法。通过算例对该文建议的线弹性静力拆除构件设计法和拉结强度设计法进行了设计验证。     

内爆作用下RC框架结构SAP数值模拟

利用SAP2000软件,在构件拆除法的基础上增加了爆炸冲击荷载对关键失效构件周围其他构件的直接作用,对内爆作用下的RC框架结构进行了动力非线性分析,并将分析结果与仅采用构件拆除法的分析结果进行了对比。通过对比计算结果可以看出,爆炸冲击荷载对失效构件周围其他构件的直接作用会对RC框架结构的损毁程度产生较大影响。与构件拆除法相比,SAP2000分析方法更符合内爆作用下RC框架结构的实际受荷情况。与利用ANSYS LS/DYNA等大型有限元软件进行显示动力分析相比,SAP2000分析方法更易于掌握,节省时间,更便于广大结构设计人员使用。     

应变速率型RC梁柱显式分析单元及其在ABAQUS软件中的实现

为准确、高效地分析钢筋混凝土(RC)梁柱结构在强动载作用下的损伤破坏甚至倒塌,建立了能够描述大变形、大应变的空间纤维Timoshenko梁单元,并将其与考虑率相关效应的钢筋、混凝土材料模型相结合,通过用户显式单元子程序在ABAQUS中实现。基于所建立的应变速率型3D纤维梁显式单元,借助ABAQUS的前后处理及求解功能,对爆炸荷载作用下的RC梁柱构件的动态响应和破坏模式及RC框架结构的连续性倒塌进行分析。结果表明：建立的应变速率型3D纤维梁柱单元能够合理描述RC构件的变形特性及钢筋、混凝土的应变速率效应;可以模拟爆炸作用下RC构件的弯曲、弯剪及直剪破坏模式,以及RC框架的连续倒塌过程;将纤维梁柱单元与率相关模型相结合于ABAQUS软件提供了一种强动载作用下高效、精确的RC结构非线性分析方法。     

近断层钢筋混凝土框架结构地震倒塌机制分析

由于近断层地震动的特殊性,近断层混凝土结构的损伤倒塌较一般地震动下更为严重,其损伤过程和倒塌机制也更为复杂。采用改进的拆除构件法,对抗倒塌分析中传统的拆除构件法进行了改进,并结合近断层地震动下混凝土框架结构的反应特征,建立了典型10层钢筋混凝土框架模型,通过设置12种拆除工况,选取3条简谐波和3条实际近断层地震记录作为结构输入,进行动力弹塑性时程分析,研究了钢筋混凝土框架在近断层地震作用下的倒塌机制。研究表明,底层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较大,中、上部楼层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较小;框架柱不对称损伤对所在楼层层间位移的影响大于对称损伤的影响,角柱损伤的影响大于边柱损伤和中柱损伤的影响;即使结构的损伤部位不同,但也可能具有相同的倒塌模式;采用与结构基本周期相接近的简谐波作用能够从总体上模拟结构的整体倒塌模式。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟

钢管混凝土组合框架在局部火灾作用下可能会出现由于受火柱破坏而引发的结构连续性倒塌破坏。在合理选取钢材与混凝土的热-力本构模型的基础上,合理选取了组合框架中梁柱构件单元模型及其相互作用模型,基于ABAQUS软件用多尺度建模方法建立了局部火灾作用下三层三跨钢管混凝土平面组合框架的数值模型,对4种典型火灾工况下结构整体变形、内力分布、破坏机制等进行了分析研究,并在此基础上进行了不同火灾工况下组合框架的耐火极限计算。结果表明:框架中间层受火时,由于周围构件的约束作用明显而使得其耐火极限最大。     

RC框架梁柱子结构抗连续倒塌性能不确定性分析

近年来,结构的抗连续倒塌问题在国内外引起了广泛关注.RC框架作为实际工程中最常见的结构形式被广泛研究.然而,已有RC框架梁柱子结构的连续倒塌性能相关研究多基于确定性分析且主要针对静力拆除构件工况.该文基于OpenSees分别建立了典型RC框架梁柱子结构的静力和动力连续倒塌分析有限元模型,通过试验对比验证了模型的准确性....     

框架结构在冲击荷载下的损伤与非线性分析

利用集中损伤力学的方法对三维框架结构在冲击载荷作用下的损伤分析。其基本思路是:把损伤参数作为系统的内部变量,在有限元的基础上,将连续介质力学、断裂力学和塑性铰概念结合起来分析结构的力学行为。最后通过对一个二层框架结构进行数值模拟分析,并与ABAQUS的计算结果作比较,验证其可行性。     

Experimental and numerical study on progressive collapse process of RC frames with full-height infill walls

The work presented in this study aimed to investigate the influence of infill walls on the progressive collapse performance of reinforced concrete (RC) frames. An experimental program of a one-third scaled, four-bay by two-story RC frame with full-height infill walls at the second story was conducted. Experimental results indicate that the maximum resistance force and failure mode of the RC frame with full-height infill walls are relevant to the major crack developments in the infill walls. The infill walls behave as equivalent compressive struts during progressive collapse process and can improve the resistance force and initial stiffness but reduce beam ductility and change failure mode of the RC frames. Verification of the test results and material parametric analyses of the test specimen by using finite element (FE) model were conducted to illustrate the factors that influence the behavior of the infilled frame.     

用于钢框架连续性倒塌分析的梁柱栓焊节点模型研究

该文以冷成型方钢管柱-H形梁栓焊节点子结构连续性倒塌性能试验为基础,采用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了精细化有限元模拟,较为准确的再现了中柱失效条件下包含梁下翼缘断裂在内的节点全过程受力性能;在此基础上基于组件法和反推法构建了可反映节点内力性态演化过程、断裂及裂后路径发展等非连续变形效应的节点简化模型,同时有效降低了计算成本;将该节点简化模型应用于某5层4跨钢框架结构的非线性动力连续性倒塌分析,计算结果表明竖向位移响应对于是否考虑节点断裂可能具有相当的敏感性,应在抗倒塌性能评估中予以足够的重视。     

钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌实验数值模拟

该文来源于由清华大学和中国建筑学会抗震防灾分会建筑结构抗倒塌专业委员会组织的钢筋混凝土框架拟静力倒塌实验数值模拟的盲测竞赛。该文采用基于纤维截面的有限元模型以及通过修正斜压场理论确定节点域受力性能的方法,对钢筋混凝土框架柱、节点以及整体结构的拟静力实验进行了数值模拟,对比分析结果表明:分析结果与实验结果吻合较好,分析方法客观、合理、可靠,为以后的结构倒塌实验分析提供了理论指导。     

考虑周边结构约束影响的RC框架结构防连续倒塌性能研究

为了考察周边结构约束对钢筋混凝土（RC）框架结构防连续倒塌承载能力的影响,该文通过Qian K等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架两侧边跨的约束情况,分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响;其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力,分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用,讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响;最后建立了多层空间框架结构模型,研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力,分析发现楼层数的增加,成倍地提高框架结构承载力,并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。     

混凝土框架结构火灾连续倒塌数值分析模型

连续倒塌是整体结构的力学行为,为了研究火灾作用下混凝土框架结构整体抗倒塌性能,建立了用于分析钢筋混凝土构件火灾反应的杆系纤维梁模型和板构件的分层壳模型。在构件层次,模型将各积分点的截面划分为若干纤维(层),纤维(层)被赋予不同的材料属性以考虑钢筋和混凝土的贡献,并通过平截面假定来定义构件变形和纤维(层)应变之间的协调关系;在材料层次,模型将温度-应力路径离散为若干加载步,然后在每个加载步内计算纤维(层)在温度和应力耦合作用下的各种应变分量。通过与一系列试验对比,说明了该模型在模拟混凝土梁、柱和楼板时的准确性和高效性。为了模拟整体结构倒塌过程中的不连续位移场,在模型中引入了构件破坏准则和单元生死技术,可以考虑构件破坏造成的内力重分布对整体结构力学响应的影响。最后,通过一个整体框架结构的火灾倒塌模拟,分析其连续倒塌过程和机理。