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。     

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。     

钢框架—组合楼板体系抗连续倒塌性能研究

通过将一足尺两层2×2空间钢框架结构底层边跨中柱突然拉倒进行抗连续倒塌试验研究,采用了实体单元和壳单元相结合的建模方式,对试验框架进行了非线性动力有限元分析,试验结果和有限元分析结果表明:关键柱失效后,组合楼板可提供可靠拉结并形成新的荷载传递路径。     

钢框架抗连续倒塌方法研究

近年来,建筑结构的抗连续倒塌正日益受到重视,所谓抗连续倒塌,即指结构遭遇意外事故(如冲击、爆炸、地震等情况)导致某根构件失效后结构能否继续使用而不发生大范围或者局部倒塌的能力,结构的抗连续倒塌已逐渐成为结构研究的热点。文章从钢框架结构抗连续倒塌这一角度出发,详细探讨如何提高钢框架抗连续倒塌能力,从而为结构设计做出一定的参考和借鉴意义。     

考虑全填充墙作用的钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能分析

为探究钢筋混凝土(RC)全填充墙框架在边中柱失效情况下的抗连续倒塌性能及其承载力计算方法,基于已有试验和有限元程序OpenSees建立宏观有限元数值模型展开研究。数值模型中的梁柱采用基于力的纤维梁单元模拟,填充墙则转化为等效斜撑并用桁架单元进行表征。填充墙宏观模型涉及等效斜撑的宽度、数量和相应材料属性的确定,为此对比了不同等效斜撑模型的适用性,确定了一种连续倒塌工况下全填充墙的宏观模拟方案。进而利用验证的数值模型,揭示全填充墙框架防倒塌的荷载传递机制,并研究了层数和填充墙砌体抗压强度对抗倒塌性能的影响。结果表明：全填充墙框架荷载主要通过墙体对角传递且全填充墙会与周围框架形成一种桁架机制;随填充墙砌体抗压强度降低,结构抗力峰值呈下降趋势。最后,以填充墙和周边框架竖向承载刚度比为基本参数,建立了通过求得填充墙和框架刚度以及纯框架理论弯曲承载力,便可快速评估规则RC填充墙框架防倒塌能力的回归模型。     

考虑节点半刚性的钢框架连续倒塌分析

建筑结构竖向构件一旦破坏,节点和梁将通过梁机制和悬链线机制来抵抗连续倒塌。合理的半刚性节点设计能够增加结构的能量耗散,并充分发挥悬链线机制抗力。基于能量平衡原理,推导出半刚性钢框架结构抗力-位移曲线及能量计算方法,从而为分析半刚性钢框架的抗倒塌性能提出了思路。通过有限元分析软件进行了框架连续倒塌分析,验证了分析的合理性,对比分析了节点刚度对结构力学性能的影响,为相关设计提供依据。     

钢框架抗连续倒塌设计方法研究

以4层钢框架结构为例,介绍了美国GSA2013抗连续倒塌规范线性静力法设计流程,校核了钢框架的构件应力比和结构冗余度。依据结构强度理论,对其中部分公式进行了调整,使之可以适用于我国钢结构设计方法。讨论了构件截面对结构内力重分布的影响。     

钢框架结构动力连续倒塌分析

采用可考虑塑性分布的梁柱单元模拟材料非线性,并建立了考虑初始变形的动力连续倒塌分析模型。通过对钢框架结构进行详细的连续倒塌分析,研究了底层柱失效时间对结构响应的影响和竖向荷载传力路径以及梁的受力机理,并对框架破坏后的连续倒塌状况进行了评估。结果表明,失效时间小于自振周期时,失效时间的长短对框架的动力响应有显著影响;局部破坏导致上部结构形成新的竖向传力路径,上部不平衡的竖向荷载由失效柱相邻的柱承担;结构在局部承重柱失效后上部梁中弯矩内力发生重分布现象,失效柱上方的梁端弯矩作用方向发生改变,且弯矩值明显增大。文中按我国规范设计的框架结构在单根柱失效的情况下不会发生连续倒塌。     

考虑梁柱节点转动刚度的钢框架抗连续倒塌性能研究

为研究梁柱节点转动刚度对结构抗连续倒塌性能的影响,建立平面钢框架模型,并在模型中加入转动弹簧以模拟节点转动刚度。分别对不考虑节点刚度退化的刚接和线性节点模型以及考虑节点刚度退化的非线性节点模型进行数值分析。结果表明:考虑节点刚度退化会使动力放大系数增大;结构在弹性状态下,动力放大系数维持在2.0左右,不考虑节点刚度退化模型可用于连续倒塌分析;结构在塑性状态下,动力放大系数随节点转动刚度与需求能力比(DCR)的增大而减小,不考虑节点刚度退化模型不宜用于连续倒塌分析;随着节点转动刚度的增大,节点耗能占结构总耗能比例减小,梁耗能比例增加。因此建议当节点转动刚度较小时增加节点的变形能力以提高结构的抗连续倒塌性能,反之增加梁的变形能力。     

底部内爆作用下钢框架的连续倒塌分析

随着近几年恐怖分子袭击事件的频繁发生,钢结构建筑的防恐防爆能力已引起人们的广泛关注。首先划定了直接受爆区域,基于ABAQUS/Explicit,对爆炸荷载作用于结构底层室内地面不同位置时的钢框架结构进行了连续性倒塌响应分析。结果表明:划定直接受爆区后,钢框架的连续倒塌受爆炸作用位置影响较大,受炸药量的影响较小,爆炸位置位于结构的角部时最危险。爆炸荷载对钢框架结构的影响是否具有局部性和弱传递性和爆炸位置有关。综上建议,为考虑爆炸荷载对结构的影响,结构角部区域构件设计时应予以加强。     

空间钢框架连续倒塌有限元分析

近年来在世界各地相继发生的建筑物连续倒塌事件,使得结构的连续倒塌研究越来越受到重视。本文采用SAP2000软件,分别使用线性静力和线性动力方法对空间钢框架进行连续倒塌分析,研究层高、跨数、柱失效位置对于结构构件的最大需求能力比DCR的影响,对比两种分析方法中框架构件DCR值,探究空间钢框架破坏机理,研究成果可以为防连续倒塌设计提供借鉴。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌仿真分析

本文在钢筋混凝土框架抗连续倒塌试验的基础上,运用ABAQUS仿真分析试验过程,并与试验结果比较,两者基本吻合。表明该仿真是合理的,在此基础上拓展分析现浇楼板对模型框架的抗连续倒塌性能影响。结果表明,现浇楼板能够增加框架的极限承载能力,减缓结构的连续倒塌,对其抗连续倒塌性能有一定的影响。     

大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析

利用有限元法对某大跨度钢结构进行连续倒塌动力分析。采用能量法和平均应力法来确定失效柱位置,在考虑列车行驶等偶然荷载的作用下,选定柱22、柱11进行连续倒塌分析。研究结果表明:柱11单根失效时,结构最大应变为2.38×10~(-3),小于钢材极限拉应变。其中远离柱11靠近柱12和柱21梁单元处产生高架层最大应力,网壳最大应力、应变出现在失效柱的网壳斜柱及相邻区失效柱;柱22单根失效时,应变最大值为3.68×10~(-3),失效柱附近梁单元产生最大应变,小于材料极限拉应变。站房网壳最大应力、应变出现在柱11支撑网壳斜柱以及邻近的网壳单元;柱11、柱22同时失效时,结构最大应变为5.78×10~(-3),较单根柱失效时应变值大幅提高,已发生塑性变形,但仍未超出材料极限塑性应变限值,双柱失效并未引发整体结构的连续性倒塌。     

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。     

支撑对装配式钢框架抗连续倒塌性能影响

为研究不同支撑形式对装配式钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,建立4种不同支撑形式的模型,利用SAP 2000有限元软件,以6层装配式钢框架结构为原型,并采用构件拆除法,在分别拆除长边中柱、短边中柱、角柱、内柱的4种工况下对模型进行动力非线性分析。分析结果表明:支撑所在跨的框架柱失效后,支撑对结构抗连续倒塌作用明显,隔跨柱失效后,支撑对剩余结构抗连续倒塌性能的影响很小。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载 位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。     

斜隅支撑的半刚性节点钢框架抗连续倒塌分析

为研究斜隅支撑对于多层平面半刚性节点钢框架的连续倒塌动力效应的影响,分别选取斜隅长度为框架对角线长度0.2倍和0.4倍斜隅支撑框架,另外选取无支撑和X形中心支撑框架作为对比,采用瞬时加载法,使用SAP2000对4种框架进行了非线性静力和非线性动力分析。分析结果表明:带有斜隅支撑的框架因为加入了斜隅和支撑,增加了结构的超静定次数和冗余度,刚度提升十分明显,能更好抵抗破坏引起的动力效应。斜隅支撑由于其斜隅塑形变形的良好能力,使框架整体的变形和耗能能力比X形中心支撑框架更加优越,动力响应更加稳定,对于抵抗连续倒塌有较大的积极作用。     

斜支撑对装配式钢框架抗连续倒塌性能的影响分析

装配式斜支撑节点钢框架是一种新型结构体系,该框架的桁架梁和斜支撑不同于传统框架。为研究斜支撑对于多层平面钢框架抗连续倒塌性能的影响,采用Pushdown方法和瞬时加载法,分别对无支撑框架和装配式斜支撑节点钢框架在边柱和中柱失效的情况下进行竖向推覆分析和动力非线性分析。分析结果表明:斜支撑改变了框架的传力路径,使桁架梁中部的耗能梁段成为主要受力构件,在达到极限荷载时,桁架梁中部的斜腹杆最先破坏,起到保护梁柱节点的作用;斜支撑可以较大幅度地提高结构的极限承载力和刚度;无论是底层边柱失效还是中柱失效,斜支撑均可以明显减小失效处节点位移,同时起到缓解振荡的作用。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

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。