考虑楼板效应的钢框架结构连续倒塌分析

基于抽柱法对GSA2003建议的角柱失效、边柱失效及内柱失效三种工况对一钢框架结构进行了连续倒塌模拟。通过对比不同失效时间这三种工况下剩余结构竖向位移时程曲线、静力及动力荷载作用下抗力提高系数曲线来探究楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。以1/10剩余结构竖向自振周期T_2/10为失效时间,探究在抽柱后,楼板对剩余结构传力路径的影响作用。结果表明:失效时间越短,纯框架结构振动响应越明显,含楼板结构仅在角柱失效工况下失效时间对结构振动响应影响明显;以T_2/10可较好的反映构件失效后剩余结构动力响应,忽略楼板作用可能低估结构抗连续倒塌能力,边柱失效及内柱失效工况下楼板对结构抗连续倒塌能力改善较明显;通过抗力提高系数R可知,失效时间较长时,动力分析与静力分析结构比较接近,可采用静力分析代替动力分析;楼板加速结构新传力路径的形成,提高了结构整体稳定性,提高了结构的抗连续倒塌能力。     

钢框架结构连续倒塌分析评估方法研究

基于GSA规范中的静力线弹性法对5跨6层平面钢框架结构的抗连续倒塌性能进行初步分析评估;根据组件单元法建立考虑节点受力的钢框架模型,分别采用动力非线性法和静力非线性法对结构进行连续倒塌分析。结果表明:静力线弹性法的分析结果偏保守,可用于对结构抗倒塌性能的初步分析评估;静力非线性法和动力非线性法的评估结果一致,可用于对结构抗倒塌性能的进一步精确分析评估,但静力非线性法不能准确反映剩余结构的受力状态。基于三种方法的分析结果和特点,提出钢框架结构连续倒塌分析评估流程。     

基于楼板双向受拉模型的钢框架结构连续倒塌分析

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,对结构的抗连续倒塌能力产生较大影响,但现有的结构抗连续倒塌研究大多没有考虑楼板的影响。基于组合楼板的双向受拉模型,分析组合楼板在钢框架结构连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板拉结力作用的失效点竖向承载力简便计算方法。基于简化模型,通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰机制、极限承载力、失效点动态反应的振幅和周期的影响。研究表明,楼板能有效地提高结构抗连续倒塌性能。     

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。     

节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响研究

为研究节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,本文利用ANSYS14.0建立两个6层平面钢框架的有限元模型,梁柱节点分别为刚性节点和半刚性节点,半刚性节点利用非线性弹簧单元Combin 39单元进行模拟。考虑材料非线性及几何非线性,采用备用荷载路径法对其进行非线性静力分析(采用Pushdown analysis)及非线性动力分析。结果表明:柱破坏时,与刚性节点平面钢框架相比,半刚性节点平面钢框架的塑性铰出现较晚,失效点竖向位移增大,结构的竖向承载能力降低,更易发生倒塌破坏,因此,进行外伸端板连接钢框架结构的抗连续倒塌分析时应考虑节点刚度的影响,否则会高估其抗倒塌能力,带来偏不安全的结果。     

装配式斜支撑节点钢框架抗连续倒塌能力评价

结构发生连续倒塌的机理比较复杂,国内外到目前为止没有统一的结构抗连续倒塌能力评价标准。通过3个4跨5层装配式斜支撑节点钢框架结构算例,验证了日本《高冗余度钢结构倒塌控制设计指南》中抗连续倒塌能力评价指标对装配式斜支撑节点钢框架结构的适用性。以国内湘阴远大城9层装配式斜支撑节点钢框架公寓B9为研究对象,采用拆除构件法分别拆除角柱、短边中柱、长边中柱和内中柱,采用经验证的能力评价指标进行抗连续倒塌能力评价。结果表明:9层装配式斜支撑节点钢框架结构在拆除角柱工况下,剩余结构抗连续倒塌能力最好;拆除内中柱下,剩余结构抗连续倒塌能力相对较差,桁架梁在结构抗连续倒塌分析中承载力储备要低于柱构件。     

偏心支撑对高层钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

为研究偏心支撑对高层钢框架结构抗连续性倒塌性能的影响,利用ANSYS 10.0建立两个20层钢结构平面框架的有限元模型,分别为无支撑框架和偏心支撑框架。采用备用荷载路径法对它们进行非线性静力分析及非线性动力分析。通过分析比较两个算例框架的结果,偏心支撑不仅能够提高结构的整体刚度,而且能显著地提高剩余结构的抗连续性倒塌能力,但对结构的竖向极限承载能力并没有明显的提高。     

基于能量方法的RC框架结构连续倒塌抗力需求分析I：梁机制

结构抗连续倒塌设计方法的关键是确定因偶然作用导致局部构件失效后剩余结构的连续倒塌抗力需求。现有规范对连续倒塌抗力需求计算采用经验系数法,因缺乏理论基础,难以合理考虑结构连续倒塌过程中的非线性和动力效应的影响,其可靠性不足。基于能量方法,建立了RC框架结构连续倒塌抗力需求分析的理论框架,推导出RC框架结构梁机制下抗连续倒塌子结构及其构件的非线性动力抗力需求与线性静力抗力需求之间的关系,通过该关系对线性静力抗力需求的修正,能够综合考虑RC框架结构在梁机制下连续倒塌过程中的非线性和动力效应的影响。通过数值算例分析了现有规范中经验系数法的问题,验证了本文方法的正确性。     

铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性能分析

采用非线性动力拆除构件法,对铁路站台有柱雨棚"Y"形钢筋混凝土典型单元进行了抗连续倒塌性能分析,研究了结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并对不同柱距、不同抗震设防烈度及不同楼板的雨棚结构进行了分析和对比。局部构件失效后,剩余结构抗倒塌机制主要为梁机制和悬链线机制;在边柱失效后,剩余结构承载机制仅有梁机制,结构抗连续倒塌性能较弱;在中柱和内柱失效的情况下,剩余结构具备梁机制和悬链线机制提供的抗倒塌承载力,结构抗连续倒塌性能较强;柱距增加,雨棚结构抗连续倒塌性能减弱;抗震设计对于结构梁机制相对承载力的提升较大,对悬链机制相对承载力的提升取决于梁内通长钢筋的增幅;整体现浇楼板对雨棚结构抗连续倒塌性能的增强效果显著,梁机制和悬链线机制的相对承载力均有较大提高。     

采用优化方法进行钢框架抗连续倒塌设计

采用结构优化方法设计钢框架,提高其对临界柱突然拆除而引起的连续倒塌的抵抗性能。利用美国UFC规范抗连续倒塌设计中建议的线性静力、非线性静力或非线性动力分析方法,采用构件拆除法获得结构抗连续倒塌性能。以某9层3跨规则钢框架平面模型为例,优化构件尺寸使总用钢量最小,并满足AISC抗震规范和UFC规范抗连续倒塌的要求。结果表明:无论采用哪种分析方法,最小用钢量抗震设计都不能明确考虑连续倒塌且不能满足构件拆除法的要求。采用线性静力方法进行抗连续倒塌设计最保守,效果最差。相比而言,若以UFC抗连续倒塌允许值为标准,只要模型和计算过程正确,非线性静力和动力分析能使设计更经济。     

基于楼板薄膜效应的钢框架抗连续倒塌研究

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,在支撑柱失效情况下能产生很大的挠度,进而产生薄膜效应影响结构的抗连续倒塌性能。通过研究楼板挠曲悬链线阶段组合楼板薄膜效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响,分析组合楼板在连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板薄膜效应的结构承载力计算方法。通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰发展、结构极限承载力、失效点位移的影响。研究表明:组合楼板能显著提高结构的抗连续倒塌性能。     

国际期刊导读

1填充钢板框架结构的抗连续倒塌承载力评估填充钢板对提高抗弯框架抗连续倒塌承载力的影响，提出一个针对填充钢板的简单设计方法，从而提高抗弯钢框架的抗连续倒塌承载力。移动任一中心的柱，并根据有限元分析软件ABAQUS的非线性静力Pushdown来评估连续倒塌的可能性。对局部填充板和穿孔的填充板的结构性能也进行了研究。     

结构连续倒塌分析改变路径法研究

为采用改变路径法进行结构连续倒塌分析,研究了该方法所涉及的3个关键问题;建立了采用改变路径法进行结构连续倒塌分析的流程;通过对一个多层平面钢框架连续倒塌分析,对改变路径法采用的线弹性静力分析、非线性静力分析和非线性动力分析方法进行了比较。结果表明：结构初始失效后,由于内力重分布,可能会进一步导致结构损伤;相对于动力分析方法,静力分析方法比较简单,但可能会导致较为保守的结果;静力线弹性分析的结果比静力非线性分析的结果更为保守。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析（PCA）是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

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.     

某地下室柱受损的结构抗倒塌分析

某在建地下室,为一层钢筋混凝土框架结构,由于施工质量低劣造成某些柱强度很低,承载力严重不足,其中个别柱已严重受损。为研究该地下室的抗倒塌性能,本文基于GSA准则分别采用静力线弹性和静力非线性pushdown分析方法对该结构进行倒塌分析,研究了其竖向抗倒塌能力,分析考虑了楼板对结构抗倒塌能力的影响。最后本文基于能量原理根据pushdown分析结果,得出该地下室的抗倒塌能力曲线。     

基于子结构的钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估方法

目前常用于建筑结构抗连续倒塌性能评估的替代传力路径法由于需要建立复杂的结构整体模型,计算效率低。基于此,将子结构法与替代传力路径法相结合,建立钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估方法。首先给出钢框架结构容许倒塌范围,并据此建立子结构的选取原则;基于固定界面模态综合法,提出子结构边界条件的模拟方法;最后给出钢框架结构连续倒塌判定准则,在子结构抗连续倒塌性能分析的基础上,建立整体结构抗连续倒塌性能评估方法。以2个5层钢框架结构为例,分别采用替代传力路径法与所提出方法对其进行抗连续倒塌性能分析。结果表明:所提出的方法计算结果可靠,且能显著提高计算效率,可实现对整体结构抗连续倒塌性能的快速评估。     

考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析

为了研究悬链线效应对钢筋混凝土（RC）框架结构抗连续倒塌能力的影响,基于OpenSees建立可以考虑悬链线效应的RC框架宏模型,通过两个RC框架子结构在移除中柱后的竖向承载力试验结果对比,验证了所采用宏模型的合理性,并研究了悬链线效应对RC框架子结构抗连续倒塌能力的影响。分别采用备用荷载路径法中的非线性静力方法和非线性动力方法对1栋10层RC框架结构进行抗连续倒塌能力分析,研究悬链线效应对RC框架整体结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明：不考虑悬链线效应的影响将低估RC框架结构的抗连续倒塌能力;在移除底层中柱情况下,不考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值小于2.0,而考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值则超过2.0。     

基于GSA指南的RC框架抗连续倒塌的线性静力分析

结构连续倒塌分析是结构抗连续倒塌能力评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前土木工程界国内外的热点研究领域。结构连续倒塌的分析方法有线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析4种。基于设计效率和实用性,本文采用GSA指南的静力线性分析方法,对按我国规范设计的5层钢筋混凝土结构进行连续倒塌分析,选取不同位置拆除承重构件并计算剩余结构破坏情况的性能指标DCR值,最后,根据DCR值考察其抗连续倒塌能力。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌机制研究

通过非线性动力拆除构件法,对不同抗震设防水平下的典型钢筋混凝土(RC)非整体现浇楼板框架和整体现浇楼板框架的抗连续倒塌机制进行分析。首先,总结出了两种典型连续倒塌模式并进行了讨论,发现框架柱的抗侧刚度不足将导致连续倒塌在水平向的传播。然后,通过分析框架在不同部位发生初始破坏后的力学响应,研究了框架结构不同部位的框架梁抗连续倒塌贡献,结果显示所有的框架梁都可以通过梁机制发挥抗连续倒塌承载力,但是只有两端具有足够水平支座约束框架梁才能发挥其悬链线机制的承载力。最后,通过研究框架结构的连续倒塌规律,分析了楼板和抗震设防烈度对框架抗连续倒塌性能的影响。