基于CMR分析空间结构抗震倒塌设计研究

结构的抗震倒塌设计是否合理在极大程度上影响了结构在极端灾害下的抗倒塌能力,但目前尚缺少较为明晰的抗震倒塌设计方法.本文以网壳结构为例,提出了一种基于CMR分析的空间结构抗震倒塌设计方法.方法以目前国际上普遍采用的新一代结构抗震倒塌能力评价指标CMR为基础,在对CMR取值与结构倒塌概率关系进行综合分析的基础上,将其思想应用到空间网壳结构的抗震倒塌设计中.为更好地评价整个空间结构体系的抗震倒塌设计的安全水平,通过单层网壳结构验证了本文方法的实用性和可行性.     

浅析建筑物倒塌的原因及防止连续倒塌的方法

从建筑物在工程中的抗震设计问题、建筑抗倒塌设计的策略、建筑物发生连续倒塌的机理及防倒塌设计方法方面进行了论述,指出不同的建筑物应根据其潜在的危险程度采取不同的设计方法,以达到提高建筑物抗倒塌能力的目的。     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

建筑结构连续倒塌概念设计

建筑结构的连续性倒塌已三成为国内外的一个研究热点.在对现有连续倒塌概念分析比较的基础上,给出结构发生连续性倒塌的主要特征及其本质,并分析抗震设计和抗连续倒塌设计的异同点,讨论基础设计在结构连续倒塌控制设计中的作用.     

钢筋混凝土框架结构抗震与抗连续倒塌的比较

从钢筋混凝土结构受力机制和倒塌破坏准则两方面,对抗震与抗连续倒塌的区别进行了分析与比较,结果表明：抗倒塌不同于抗震,结构抗震设计的有益作用并不能取代抗倒塌设计。     

钢筋混凝土框架结构教学建筑抗倒塌性能研究

三柱式(大小跨)单廊教学建筑以其良好的自然通风、采光性能,应用广泛。该类结构侧向刚度小,罕遇地震作用下抗倒塌性能差,应采取可靠工程措施改善其抗倒塌性能。本文结合某些中学教学楼的抗震设计工程实践,简要介绍改善三柱式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下抗倒塌性能的工程措施。在高烈度地震区,采用钢筋混凝土框架——钢支撑结构,或钢筋混凝土框架-抗震墙结构,可改善其抗倒塌性能。由于教学建筑抗倒塌性能的重要性和该类结构的特殊性,在设计的过程中,除了按现行建筑抗震设计规范要求满足结构的承载力和极限能力之外,用基于性能评估的Pushover方法对结构在设防烈度的罕遇地震作用下的性能进行分析和评估,以实现大震不倒的抗震设计目标。     

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。     

极罕遇地震作用下建筑结构一致风险抗倒塌设计方法研究

结合当前国际上以“抗倒塌”为目标进行地震动参数区划和以“一致倒塌风险”为设防目标进行结构抗震设计的发展趋势,针对我国现行建筑抗震设计规范体系中抗倒塌能力评估的局限性,建议了四种一致风险抗倒塌设计方法,详细介绍了四种方法的评价指标与计算过程。考虑极罕遇地震作用,基于极罕遇地震一致风险谱对地震动记录进行了挑选与调幅。以RC框-剪结构作为典型案例,采用四种抗倒塌设计方法进行验算,结果表明：同时考虑地震危险性与结构不确定性影响的全概率方法验算未通过,其余验算方法均通过,这说明了忽略结构所在场地危险性影响会造成结构倒塌性能评估的不准确性,未考虑结构体系多种不确定性影响会高估结构的抗倒塌性能,因此有必要推行“一致风险”的结构设计理念。     

基于非线性动力分析的多层钢框架结构抗连续倒塌能力研究

目的:分析了多层钢框架结构的抗连续倒塌能力,为抗连续倒塌设计及研究提供参考。方法:采用非线性动力分析方法,对不同抗震设防烈度的钢框架结构的抗连续倒塌能力进行了分析和对比。结果:拆除柱后失效点竖向位移:角柱长边中柱内部柱。随着抗震设计的提高,拆除柱后失效点的竖向位移减小。结论:1)角柱失效对结构抗连续倒塌能力的影响最强,其次是长边中柱,而内部柱对其影响最弱。2)抗震设计增强了结构的侧向刚度,提高了结构抗连续倒塌能力。     

钢筋混凝土框架结构延性设计

钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,结构抗震的本质就是延性,提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力.结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形.本文分析了结构延性在抗震设计中的重要性及其作用、影响结构延性的主要因素以及结构延性的抗震设计.     

A_y-D_y格式地震需求谱及其在结构性能抗震设计中的应用

在结构基于位移抗震设计的改进能力谱法基础上建议了屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱,其特点是:过原点的射线与不同位移延性系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”的多级性能目标提供了方便。借助于Pushover分析具体给出了一钢筋混凝土框架结构在不同风险水平地震作用下抗震性能评价实例。     

从汶川地震震害谈建筑结构抗连续倒塌设计方法

在5·12汶川特大地震中,许多建筑物发生了连续倒塌。本文结合该次地震造成的建筑物连续倒塌震害,介绍分析了建筑结构连续倒塌的定义、原因以及抗连续倒塌主要设计方法,并对我国抗连续倒塌设计研究提出建议,为我国深入研究和尽快完善建筑结构抗连续倒塌设计提供参考。     

建筑结构倒塌过程模拟与防倒塌设计

针对结构性能的数值模拟方法进行了综合分析,基于离散单元法提出了结构倒塌分析的理论模型。通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立了混凝土块体在不同碰撞形式下的计算模型。针对建筑物内的局部爆炸作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面及空间倒塌过程进行了数值模拟。建立了适用于任意加载路径的材料弹簧力-位移本构关系,据此分析了地震作用下钢筋混凝土框架结构以及砌体结构空间倒塌过程。采用基于OpenGL的图形建模技术,实现了结构倒塌过程数值模拟结果的三维可视化。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合结构大变形阶段的分析。为提高计算效率和精度,有必要采用多尺度的模拟分析。另外,对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结。并指出结构参数对抗连续倒塌性能的影响、结构倒塌机理、实用的防连续倒塌设计方法以及地震作用下结构防倒塌定量设计方法等方面尚待深入研究,以便建立相应的防倒塌设计规范。图15参21     

多层钢框架抗连续性倒塌分析

自1968年英国Ronan Point公寓倒塌事件以来,国外已经对连续倒塌问题进行了四十多年的研究,并编制了相关设计规范;而我国规范目前尚未规定详细抗连续倒塌设计方法。参考美国公共事务管理局编制《联邦办公楼和大型现代建筑连续性倒塌分析和设计指南》（GSA2003）提供的设计方法和流程,利用ABAQUS有限元软件,采用拆除构件法,对一榀钢框架进行了连续倒塌分析,得出此框架满足抗连续倒塌相应要求以及相应的受力特性和位移特点。     

基于随机Pushdown方法的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力概率评估

为了评估钢筋混凝土框架结构的不确定性参数对其抗连续倒塌能力的影响,将确定性Pushdown分析与可以控制相关性的拉丁超立方体抽样方法（LHS）相结合,提出一种随机Pushdown方法。为说明方法的建立和应用,选择一栋8层4跨的钢筋混凝土框架结构,考虑结构的荷载、材料强度以及几何尺寸等17个不确定性参数,采用Pushdown方法分析获得的结构所能承受的最大竖向荷载作为其抗连续倒塌能力,统计得到结构连续倒塌易损性函数,并采用“龙卷风图”方法对不确定性参数的灵敏度进行了分析。结果表明,结构不确定性参数对抗连续倒塌能力影响显著,结构的抗连续倒塌能力的变异系数达到20%,其中,活荷载、楼层恒荷载、钢筋极限应力以及梁截面钢筋面积等参数对结构抗连续倒塌能力的影响最为显著。     

Progressive collapse of 2D reinforced concrete structures under sudden column removal

Once a column in building is removed due to gas explosion, vehicle impact, terrorist attack, earthquake or any natural disaster, the loading supported by removed column transfers to neighboring structural elements. If these elements are unable to resist the supplementary loading, they continue to fail, which leads to progressive collapse of building. In this paper, an efficient strategy to model and simulate the progressive collapse of multi-story reinforced concrete structure under sudden column removal is presented. The strategy is subdivided into several connected steps including failure mechanism creation, MBS dynamic analysis and dynamic contact simulation, the latter is solved by using conserving/decaying scheme to handle the stiff nonlinear dynamic equations. The effect of gravity loads, structure-ground contact, and structure-structure contact are accounted for as well. The main novelty in this study consists in the introduction of failure function, and the proper manner to control the mechanism creation of a frame until its total failure. Moreover, this contribution pertains to a very thorough investigation of progressive collapse of the structure under sudden column removal. The proposed methodology is applied to a six-story frame, and many different progressive collapse scenarios are investigated. The results illustrate the efficiency of the proposed strategy.     

Structural response of vertically irregular tall moment‐resisting steel frames under pre‐ and post‐earthquake fire

Post‐earthquake fires (PEF) may result in a catastrophe in urban regions even worse than the earthquake itself. Most urban structures are not designed to resist two subsequent extreme loads such as earthquake and fire. Thus, these types of structures are too weak when subjected to the PEF loads. On the other hand, it is well understood that irregular building structures are more susceptible to sustain earthquake damage than regular buildings. Investigating irregular buildings can therefore be more important when there is a high possibility of PEF. While there are various irregularities, here, vertical irregularity is considered. The study is performed on one irregular seven‐story tall moment‐resisting steel frame designed based on the American Society of Civil Engineers code. The frame is firstly subjected to an earthquake load with the peak ground acceleration of 0.35 g and then is exposed to a generalized exponential fire curve. To make a comparison between the results, the PEF analysis is also performed for the regular frame. The results show that there is a marked difference between the PEF of the regular frame with that of the irregular frame. In addition, two types of failure—local and global—were observed during the analysis, where the local collapse is related to the deflection of beams, and the global collapse is pertained to the considerable movement of the columns. It is observed during the analysis that the irregular frames are more susceptible to collapse globally. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌全过程振动台试验研究

以玉树7.1级地震中某底层遭到严重破坏的钢筋混凝土（RC）框架结构为原型,设计了1个1∶5缩尺的三维模型,通过模型的倒塌全过程振动台试验,研究了汶川、玉树地震中高烈度地区RC框架结构出现的典型侧向逐层呈多米诺骨牌式连续倒塌现象的全过程和倒塌破坏机制。试验中该模型结构的倒塌过程共分为两个阶段,即侧向增量倒塌和竖向连续倒塌。当底层层间位移角达到1/19时,试验模型处于临近倒塌状态。在倒塌过程中,底层角柱C3最先丧失竖向承载力,此时竖向倒塌开始发展,结构在重力荷载及输入地震动的共同作用下,底层柱的水平侧移持续增加,造成其相邻的柱B2、B3、C2相继失效,丧失竖向承载力,模型结构的冗余度不足使结构产生更大范围的竖向倒塌,最终模型结构呈侧向逐层连续倒塌。通过对倒塌后废墟的研究,发现模型结构呈“强梁弱柱”型破坏,其破坏模式与震害调查结果一致。最后,讨论了此种废墟下人员生存空间的问题,给出了防RC框架结构倒塌的相关建议。     

成都市规划展览馆辅楼抗连续倒塌评估(Ⅱ)#br# ——基于IDA的弹塑性动力分析

成都市规划展览馆辅楼因建筑功能需要,具有大跨度、大悬挑、竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续等结构特点。作为城市重要的大型公共建筑,需要评估其地震作用下的抗连续倒塌能力。首先,采用有限元软件Midas Gen建立有限元模型,并基于改进的IK骨架模型,模拟结构在地震作用下的非线性行为;其次,根据结构所在场地类型,选取20条地震动记录,并采用增量动力分析的方法对结构进行三向地震激励下的弹塑性动力分析,在此基础上,定义基于性能的结构倒塌判别准则,分别以结构最大层间位移角和梁端转角为结构损伤指标,根据增量动力分析结果对结构进行易损性分析;最后,根据结构整体的倒塌安全储备能力,评估结构的抗倒塌性能。研究结果表明：在7度罕遇地震作用下,结构发生侧向增量倒塌的概率为0.14%,发生竖向连续倒塌的概率为10.82%;在7度多遇地震和设防地震作用下,结构发生侧向增量倒塌和竖向连续倒塌的概率基本为0。同时,该结构的水平破坏倒塌安全储备系数为2.708,竖向破坏的倒塌安全储备系数为1.469。评估结果表明：该结构在地震作用下具有较好的抗连续倒塌性能。