中柱失效后体外预应力钢筋混凝土框架抗连续倒塌分析

为研究中柱失效后体外预应力钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能,设计制作了五榀1/3缩尺单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架,通过变换边界条件、体外预应力筋布置形式等参数,开展了体外预应力钢筋混凝土框架受力性能、机制转换、极限承载力及悬链效应的分析研究,测试了荷载、位移、应变、裂缝的发生以及发展状况等。基于试验结果建立了有限元分析模型,对比分析了有限元结果与试验结果。结果表明:体外预应力加固能明显改善框架抗裂性能,在具有可靠的梁端水平约束前提下,框架梁机制下的极限倒塌抗力最大提升70%,悬链机制下的极限倒塌抗力取决于体外索的屈服强度和极限强度;折线布筋形式较水平布筋能提供更大的竖向倒塌抗力,加速机制转换;增加束高及张拉应力值可提升框架梁机制下的极限倒塌抗力;合理的有限元模型能够较为准确的预估框架梁机制下的抗力峰值、机制转换节点及悬链机制下的抗力峰值。     

不同抗震等级RC框架结构抗地震倒塌能力的研究

为研究抗震等级对钢筋混凝土（RC）框架结构抗地震倒塌能力的影响,根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）分别设计了不同抗震设防烈度和抗震等级的20个典型RC框架结构,应用动力增量分析法对框架结构进行了倒塌易损性分析,并对比了不同抗震等级框架结构的抗地震倒塌能力。结果表明:框架结构的抗震等级对其抗地震倒塌能力有重要影响,同一抗震设防烈度下,随着抗震等级的提高,其倒塌概率不断减小,倒塌储备系数（CMR）不断增大,框架结构的抗地震倒塌能力不断提高。框架柱的轴压比、纵向配筋率和体积配箍率是影响框架结构抗地震倒塌能力的重要因素。     

中心支撑钢框架在空腹效应作用下抗连续倒塌分析

关键构件失效后,多层框架各层表现出不同的抗倒塌机制,空腹效应是一种重要的抗连续倒塌机制。采用考虑损伤与应变率的动力非线性分析,模拟已有多层框架拆柱试验,并提出空腹效应理论模型;改进抗震设计常用的中心支撑钢框架,在框架结构顶层布置水平支撑;并将水平支撑体系应用到俄亥俄综合大楼。研究结果表明,空腹效应是竖向构件对各层内力重分配的结果,体现了框架结构的整体受力特点,空腹效应与其它抗倒塌机制共同抵抗不平衡荷载;顶层水平支撑可以显著减小失效点处位移,发挥空腹效应作用,提高结构的抗连续倒塌性能;俄亥俄综合大楼的两根中柱失效后,支撑体系将失效跨的大部分重力传递到相邻结构。     

不同设防水平钢框架结构抗地震倒塌性能研究

钢框架结构虽具有抗震性能优异的显著优点,但在强震作用下仍会不可避免的发生倒塌破坏,带来巨大的经济损失和人员伤亡。为保证钢框架结构的地震安全性,该文介绍了基于集中塑性铰模型的钢框架结构数值建模方法,进而基于增量动力分析(IDA)方法,开展了5个不同设防水平五层三跨钢框架结构的抗倒塌性能分析。结果表明:集中塑性铰模型可准确模拟钢框架结构的地震灾变过程,并能显著提升计算效率;相同平立面布局下,随着抗震设防水平提高,钢框架结构的倒塌变形能力限值不断增大,以相同层间位移限值评估相同平立面布局不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力并不合理;按我国现行规范设计的不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力满足“大震不倒”的抗震设防要求,但其抗倒塌储备系数随设防水平提高不断降低。     

爆炸荷载作用下RC梁-板子结构抗连续倒塌动力效应研究EI北大核心CSCD

为研究爆炸荷载作用下建筑结构的抗连续倒塌性能。通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件对爆炸荷载作用下钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁-板子结构的抗连续倒塌动力效应进行研究,并对混凝土强度、钢筋配筋率和跨高比等参数进行拓展分析。研究结果表明,通过瞬间去柱模拟爆炸去柱会造成结构残余承载力和结构局部损伤程度偏保守或者偏高的后果。混凝土强度对结构的动力效应影响显著,当混凝土强度大于C40时,结构的压膜及压拱机制已足够阻止连续倒塌的发生。配筋率的提高对压拱机制抗力影响不大,但能显著提高悬链线机制的抗力。跨高比对结构抗力机制的发展有着显著的影响,降低跨高比可以提高结构压拱和压膜机制抗力,但是对悬链线机制抗力影响不大。     

外廊式RC框架破坏机理的振动台试验研究

通过地震现场调查,对汶川地震中大量倒塌的外廊式钢筋混凝土框架结构的破坏特点、倒塌方向及堆积情况进行了总结。设计相似比为1/4的两层外廊式框架结构模型,并进行了振动台框架倒塌试验。试验再现了典型外廊式框架的倒塌过程。根据框架倒塌模式及试验结果分析,研究了各层加速度反应随结构破坏程度加深的关系及层间位移角变化规律。总结出框架结构破坏不同阶段所对应的层间位移角限值,计算了不同输入下各柱的动轴压力大小,分析了外廊式框架的破坏机理及倒塌原因。研究结果表明:在倾覆弯矩引起的动轴压力作用下,外廊式框架单柱侧的总轴压比升高,延性显著降低,柱端塑性铰区出现压剪破坏是引起外廊式框架倒塌的主要原因。     

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。     

平面钢框架瞬时冲击去柱抗连续性倒塌试验研究

采用冲击去柱法对两个平面钢框架进行抗连续性倒塌试验研究,重点关注去柱后框架结构的动力反应、倒塌机制以及梁柱受力方式的转变。试验结果表明,在整个倒塌过程中,框架结构经历了弹性受力阶段-弹塑性受力阶段-悬链线形成阶段;框架梁经历了弯曲机制抵抗外荷载到悬链线机制抵抗外荷载的转变;相邻框架柱的弯曲刚度越大,对去柱后形成的双跨梁的约束越强,梁的悬链线效应就越大。对于强梁弱柱型框架结构,由于其框架柱较弱,瞬时去柱后,易发生柱失稳型连续性倒塌。采用ABAQUS6.11对抗倒塌试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。结合试验结果,采用有限元模型分析了平面钢框架倒塌时的动力放大系数和最终倒塌模态。     

基于随机IDA的结构量化指标限值求解方法

该文基于数值模拟以5层、8层和12层钢筋混凝土框架结构为研究对象,对各结构进行了20条地震动作用下的随机增量动力分析,采用基于性能的抗震设计理论,提出了一种确定结构屈服和倒塌水平能力限值的方法。基于该方法,得到了各结构模型屈服和倒塌破坏水平的地震易损性曲线。分析结果表明,结构的屈服和倒塌能力限值可以由相应易损性曲线上95%置信水平下的具有5%屈服和倒塌概率时的限值求出;通过对比各结构屈服和倒塌的易损性曲线,揭示出结构层数的变化对易损性曲线的影响。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型EI北大核心CSCD

钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型

钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。     

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。     

考虑累积损伤退化及应变率效应的钢筋混凝土框架结构倒塌分析

该文研究考虑累积损伤导致强度和刚度退化及应变率效应的钢筋混凝土框架结构倒塌过程,基于有限元软件ABAQUS平台,开发了相应的显式分析梁单元用户材料子程序,并对钢筋混凝土柱的动态和静态加载试验进行模拟,对比验证了所开发程序的准确性。采用增量动力时程分析法,研究了多维地震输入下某六层框架结构的倒塌过程,对结构的顶点位移、层间位移、基底剪力进行分析。研究结果表明:考虑应变率效应,构件的承载力有一定的提高,但同时退化效应更加显著,因此地震作用下的结构分析应予以考虑率效应及退化效应;通过定义构件损伤和层损伤,可以明显确定结构的薄弱层及破坏路径,模拟在地震作用下的结构倒塌过程,并揭示结构的倒塌机理,对抗倒塌分析提供一定参考。     

型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构恢复力模型试验研究

对7榀1/2.5比例单层单跨型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析了墙体设置形式、填充墙砌块强度、拉筋构造形式、轴压比以及墙体宽高比等设计参数对该种结构抗震性能的影响。研究了模型的典型破坏形态、荷载-位移曲线、承载能力以及位移延性等。结果表明:试验模型的典型破坏形态均符合“强柱弱梁”的破坏模式,框架部分的破坏程度随墙体全高填砌而减轻;在框架中加设墙体后可明显提高结构承载力和初始刚度,墙体填充率越大、填充墙砌块强度越高、拉筋间距越小、轴压比越高、墙体宽高比越大,结构承载力与初始刚度提高越明显;结构的位移延性均值达到6.26,高于钢筋再生混凝土框架-填充墙、普通钢筋混凝土框架-填充墙以及钢筋混凝土异形柱框架-填充墙等结构,抗倒塌能力较强。在试验研究的基础上,通过有限元与试验结合的方法,建立了相应的四折线恢复力模型,可用于型钢再生混凝土框架结构的弹塑性地震反应分析。     

钢-混凝土组合框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究中柱失效后钢-混凝土组合框架结构的动态倒塌性能,对2个1/3缩尺的组合框架子结构试件进行了抽柱试验研究。研究结果表明:当在组合框架梁上分别悬挂30 kN和60 kN的配重时,2个试件在中柱处的最大动态位移至少为振动停止后静态位移的1.34倍;在中柱抽除后,剩余结构仍处于弹性受力阶段且阻尼比较小;采用栓钉抗剪连接件的组合框架梁具有较大的加速度响应和动态位移响应;组合梁中采用开孔板连接件的框架子结构具有较好的整体刚度,其受倒塌荷载动力冲击作用的影响相对较小;随着中柱竖向位移的增加,组合框架倒塌荷载动力增大系数(DIF)呈现两阶段的变化规律。基于试验研究,建立了组合框架倒塌荷载DIF的数学计算模型。该研究成果可为钢-混凝土组合框架结构的倒塌性能分析提供参考。     

框架柱破坏后结构倒塌的理论分析

通过汶川大地震都江堰灾区震害调查,针对多层框架结构框架柱的震害现象,从设计、施工两方面进行了原因分析。然后在假定单一框架柱破坏后退出工作体系的基础上,对残余框架结构体系从传载途径、承载机制两方面进行了抗倒塌的理论分析,提出了钢筋混凝土框架结构体系的抗倒塌需求措施。     

钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验研究

预知结构在偶然荷载作用下的失效机理和提供新荷载路径是异形柱框架结构抗倒塌设计的重要内容。进行1/3比例的两层3×2跨的底层边柱、角柱的突然失效试验及拟静力倒塌试验。分析钢筋混凝土异形柱空间框架的试验现象、裂缝分布、破坏过程及荷载-位移等,进行异形柱空间框架受力过程分析,研究异形柱空间框架结构的受力机制转换过程。研究结果表明:动力效应对异形柱空间框架的影响效果并不显著。试验中没有出现钢筋被拔出现象,裂缝主要集中在竖向构件支座处;异形柱空间框架的边柱、角柱倒塌破坏过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段,边柱表现的悬链线效应远大于角柱的;楼板及梁的钢筋产生的悬链线效应在异形柱空间框架抗倒塌中发挥重要作用。     

应变率对钢筋混凝土框架结构地震作用下灾变过程影响研究

开发了ABAQUS显式用户材料子程序VUMAT,该程序可以考虑材料应变率效应的影响。通过对钢筋混凝土柱的动态和静态加载试验进行模拟,验证了子程序的可靠性。通过对某四层钢筋混凝土框架结构进行增量动力时程分析,研究了材料的应变率效应对结构最大顶点位移、最大基底剪力、最大层间位移、结构的能力曲线、结构的抗倒塌能力和倒塌模式的影响。研究表明,考虑材料的应变率效应后,结构的最大顶点位移和最大层间位移大多数情况下会减小,结构最大层间位移的应变率效应更为明显;当地震波增强到使结构接近于发生倒塌时,结构的最大顶点位移和最大层间位移均明显减小;随着地震波强度的增强,应变率对结构响应的影响趋于明显;结构的抗倒塌能力有一定程度的提高,但连续性倒塌过程基本不变。     

中柱失效下多层框架的连续性倒塌分析与机理研究

进行抗连续倒塌分析时,常将多层框架结构简化为单层子结构,然后将单层结构的特性用于多层框架的研究,但目前的简化模型不能够完全反映结构整体受力特性,忽略了空腹机制的作用。基于两跨梁模型研究单层框架的抗倒塌机制,提出梁机制和悬链线机制的抗力计算方法,并通过算例验证了所提方法的正确性;为分析空腹机制对多层框架整体受力的影响,建立顶层梁柱模型,引入空腹机制对抗连续倒塌的贡献指标;分析俄亥俄综合大楼拆除四根柱后的抗倒塌机制。结果表明简化模型是合理的,多层框架结构顶层和底层表现出不同的倒塌机制,空腹机制与其它机制共同抵抗不平衡荷载,俄亥俄综合大楼具有较好的抗连续倒塌性能。     

地震作用下钢框架落层倒塌效应模拟分析

为了研究地震作用下钢框架结构的落层倒塌效应,根据相关文献提供的9层钢框架模型,利用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA分析其在地震作用下的结构响应,同时模拟相关文献中的振动台结构倒塌试验,分析结果同文献对比较为吻合,验证了模型的合理性。对该钢框架在强震作用下的倒塌效应进行仿真,分析表明强震作用下首先由于结构中部薄弱层层间位移角发展达到1/10并持续增大,发生落层倒塌,上部楼层碰撞作用于下部楼层,使下部相邻楼层柱轴力突增,加剧该层P-Δ效应,导致下层倒塌;此外第1层层间位移角亦发展达到1/10并持续增大,继而导致钢框架整体发生连续倒塌破坏。分析了落层倒塌碰撞作用下,薄弱层相邻下层柱总轴力变化规律,其动力放大系数可能大于规范取值。加强薄弱层抗侧刚度可有效防止钢框架发生倒塌破坏;合理设计的钢框架结构当薄弱层层间位移角超过规范限值但未出现持续增大现象时,不出现倒塌破坏。