钢框架内爆炸连续倒塌简化分析方法

目前我们对建筑结构进行连续性倒塌分析时经常参考和借鉴美国GSA规范方法,这种方法中的倒塌评判标准在我国不是很适用。爆炸激励仿真分析方法虽然可以考虑空气冲击波对结构的作用及结构构件的损伤破坏,但是由于计算量过大而很难在实际工程中应用。该文利用简化的爆炸荷载考虑爆炸空气冲击波对结构构件的作用;利用可以考虑应变率效应的非线性...     

火灾高温作用下钢结构倒塌分析

为了研究结构在油气火灾条件下的连续倒塌行为,该文采用碳氢化合物燃烧的升温曲线,通过显式动力分析,对三层抗弯钢框架的完整失效过程进行了分析。给出了结构内部不同位置处构件内力、变形等随温度的变化情况。同时,采用标准升温曲线对结构进行加热,对比分析不同升温速度和最高温度对结构火灾行为产生的影响。分析结果表明,初始升温速率越快,达到的温度越高,结构就会越快的进入到失效状态,在分析研究中应注意对这两个因素加以考虑。     

组合楼板钢框架结构的连续倒塌简化模拟

该文借助经过校验的组合楼盖精细模型,建立了组合楼板钢框架结构连续倒塌有限元简化模型,通过与组合楼盖子结构试验对比验证了此简化模型的准确性。采用简化模型,分析了柱子失效位置、结构层数和组合楼板等参数对一个五层组合楼板钢框架原型结构抗连续倒塌性能的影响。分析结果表明：原型结构具有足够的承载力以避免由单个底层柱子失效所导致的结构连续倒塌;除了角柱失效工况外,原型结构的层数变化对结构抗连续倒塌性能的影响可以忽略,而在角柱失效工况下,层间桁架承载机制的贡献会使得原型结构比单层有楼板结构的抗连续倒塌承载力更高;在考虑组合楼板之后,原型结构的抗连续倒塌承载力提升了114%。     

结构倒塌时楼板碰撞效应的简化评估方法

针对上楼板、下楼板碰撞的两种极限状态 -- 完全塑性碰撞和完全刚性碰撞,开展了碰撞过程中动能转移量的理论分析,考察了上板、下板质量比对动能转移量的影响,同时进行了2种极限状态下动能转移量的数值计算;提出了结构倒塌时上板、下板碰撞效应的一种简化评估方法,具体包括2个步骤：1) 下板的非线性静力分析;2) 采用能量平衡原理估算上板的最大允许重力荷载。研究表明：上板、下板质量比等于1时,完全塑性碰撞后的总动能转移百分比和下板动能转移百分比分别为33.3%和16.7%;完全刚性碰撞后的下板动能转移百分比与碰撞前上板速度、碰撞后上板周边反弹速度等参数有关,上板、下板质量比等于1时下板动能转移百分比为44.4%~97.1%;采用通用软件ABAQUS计算得到的两种极限状态对应的下板动能转移百分比,总体上与理论分析结果较为接近。     

浅谈建筑物倒塌的主要原因与防止连续倒塌的对策

建筑结构体系在偶然荷载作用下会发生局部的破坏,所以整体结构受力会发生大的变化,为了避免连续倒塌现象的出现,需对建筑物进行合理的布局以及内部设计的深化。本文介绍了建筑物倒塌的内因和外因,同时提出了相应的解决对策,以防止偶然荷载作用下连续倒塌情况的出现。     

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。     

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。     

混凝土梁柱子结构连续倒塌动力效应的试验研究

连续倒塌是结构系统的非线性动力行为,准确评估动力效应是建立简化工程设计方法的核心工作。为了研究钢筋混凝土梁柱子结构动力连续倒塌机理和动力效应,对4个尺寸和材料完全相同的试件分别开展了1次静力和4次动力试验。试验结果表明：动力连续倒塌的应力集中和非对称受力现象更加明显,且受材料应变率效应的影响,梁端受拉裂缝集中开展,受压区混凝土压碎剥落区域较小;考虑到动力损伤和材料应变率对结构自身抗力特征的影响,广义动力抗力能够更加准确地描述实际动力连续倒塌过程中的抗力需求;动力损伤和材料应变率效应使得结构的动力放大效应增强,实际动力放大系数均大于传统理论预测值。     

关于国外抗连续性倒塌设计规范的研究

由于爆炸等突发因素引起的结构连续性倒塌事故案例屡见不鲜,已经成为严重威胁公共安全和经济建设的重要问题.一些国家对连续性倒塌问题进行了系统地研究,并编定了相应的设计规范.我国目前在抗连续性倒塌方面还没有明确的规定.为了促进我国相关规范的完善,从抗连续性倒塌的定义入手,比较和介绍了英国、欧洲和美国等国家的抗连续性倒塌设计规范,总结了各国规范的异同点,为我国相关规范的编定提供参考.     

基于非线性屈曲材料模型的张弦桁架连续倒塌分析

在拉索失效等工况下,张弦桁架连续倒塌时主要破坏形式为压杆的受压屈曲和拉杆的受拉屈服。为考虑受压杆件的屈曲效应,目前分析研究一般采用将每根杆件划分为多个单元并施加初始几何缺陷的方法,分析效率低、耗时长。针对这一问题,在梁柱单元修正混合强化本构模型的基础上,结合梁柱单元非线性屈曲材料模型,提出了张弦桁架连续倒塌快速分析方法,并通过算例验证了材料模型的正确性。利用ANSYS/LS-DYNA编制了所提出材料模型的子程序,基于增量动力分析法,开展了张弦桁架在拉索失效工况下的连续倒塌分析。在此基础上,对三种加强方式的结构进行增量动力分析,研究了加强部分重要杆件对张弦桁架在拉索失效工况下抗连续倒塌能力的影响。开展了张弦桁架连续倒塌易损性研究,综合评估了张弦桁架抗连续倒塌能力。结果表明:快速分析方法比传统分析方法缩短计算耗时39.89%;在加强了部分跨中上弦杆、跨中下弦杆后,张弦桁架的极限承载力最多提高16.67%,达到两种形态所对应的荷载值也均有所提高;基于快速分析方法可有效评估张弦桁架的综合抗连续倒塌能力。     

钢框架连续倒塌的模拟方法研究

对钢框架结构在进行连续倒塌分析时的计算模型进行了研究。以1个两层两跨平面钢框架为例,分别建立了传统的理想刚接杆系模型和实体模型,采用抽柱法对2种模型进行了动力非线性分析,比较分析结果得出传统的理想刚接杆系模型由于没能考虑节点的受力与塑性变形,不能准确地反映结构连续倒塌的动力效应,使得结构抗连续倒塌性能评估结果偏不安全。对引入节点机械模型的平面钢框架进行连续倒塌分析,其计算结果与实体模型的结果接近,可较准确地反映结构抗连续倒塌性能,且耗时远小于实体模型的计算时间。建议对框架结构进行连续倒塌分析时采用引入节点性能的杆系模型。     

大跨度单层空间网格结构连续性倒塌动力效应分析及简化模拟方法研究

为评估大跨度单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应,并确定此类结构静力分析时所采用的荷载动力放大系数,构建了单层空间网格结构抗连续性倒塌的单自由度子结构模型,推导出考虑初始状态下子结构在线弹性、弹塑性阶段的动力放大原理,通过数值算例分析验证了其正确性。提出适用于单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应简化模拟方法,通过算例验证后给出单层网壳结构荷载动力放大系数的建议取值范围。研究表明：不考虑初始状态时,弹性阶段下的位移动力放大系数、荷载动力放大系数趋势保持一致;弹塑性阶段下,随着塑性的发展,荷载动力放大系数逐渐减小,位移动力放大系数逐渐增大。考虑初始状态后,虽然两个动力放大系数的变化趋势未发生改变,但值均显著减小,与理论分析结论一致,因此必须考虑初始状态的影响。此外,对于单层网壳结构,当DCR<0.7时,建议荷载动力放大系数取1.7~1.9;当DCR>0.9时,建议取1.4~1.6。     

多向动力耦合激励下隔震结构连续倒塌性能分析

为分析隔震结构在多向动力耦合激励下的连续倒塌动力响应及抗倒塌能力,建立了隔震结构在多向动力耦合激励下的运动方程,对比分析了隔震结构仅考虑竖向不平衡荷载作用与考虑多向动力耦合激励下的倒塌动力响应,基于二次四阶矩可靠度理论建立随机鲁棒性指标,并利用该指标对隔震结构抗倒塌能力进行评判。研究结果表明：隔震结构在多向动力耦合激励下,其倒塌动力响应更大;支座瞬时失效后,结构内力重新分布达到新的平衡所需时间更长;结构抗连续倒塌能力更弱。     

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。     

大跨桁架体系的连续性倒塌分析与机理研究

在突发事件的直接影响下,结构的局部构件可能首先发生初始破坏并进一步导致结构的连续性倒塌。与框架结构或承重墙体系相比,大型公共建筑中普遍采用的桁架体系具有冗余度较低的特点,为提高其结构鲁棒性,必须在详细分析基础上采用不同的设计策略。该文以钢屋架体系为例,通过连续性倒塌过程的数值分析,研究了内力重分布过程、动力效应和主要破坏模式等问题;根据局部杆件失效后的结构特性,归纳出转动铰机制、滑移面机制和长压杆机制等三种基本的局部内力重分布机制;结合简化数学模型的理论分析,阐述了敏感构件和关键构件的概念,为该类结构的安全性评价提供了一种简便的尺度。     

大跨空间结构连续倒塌分析若干问题探讨

为了能利用变换荷载路径法(AP法)分析大跨空间结构抗连续性倒塌性能,在提出了一种AP法中移除构件确定方法的基础上,对连续性倒塌过程中失效构件的模拟方法进行了研究,提出了考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,该方法可在一个计算过程中同时模拟构件失效前整体结构的初始状态和构件的后续突然失效过程。算例分析表明,该方法可以很好的考虑结构的初始状态及动力效应。然后针对网架结构体系,讨论了利用AP法中静力分析方法的荷载动力放大系数(DIF)。分析结果表明：该文算例空间网架结构的DIF均小于2.0,但是在长边中柱和角柱失效时,其值较为接近2.0。该文最后讨论了大跨空间结构连续倒塌的判断准则。     

基于抽柱法的无粘结预应力装配式框架结构连续倒塌分析

为研究无粘结预应力装配式框架结构的防连续倒塌性能,首先采用有限元软件OpenSees中的梁柱节点单元模拟无粘结预应力梁柱节点,并与试验结果进行对比,然后采用抽柱法对一栋6层无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,得到了抽柱后关键构件的内力时程曲线和失效点的竖向位移时程曲线,最后模拟了无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构的连续倒塌过程。研究结果表明：在抽除中柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构高24.2%;在抽除边柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构则高35.7%。在柱截面尺寸和配筋相同、梁截面尺寸和受弯承载力相同的情况下,无粘结预应力装配式框架结构防连续倒塌性能优于现浇框架结构。