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。     

超长复杂隔震结构抗连续倒塌性能分析

以某医院的超长复杂隔震结构为工程背景,对超长复杂隔震结构进行了抗连续倒塌研究。运用非线性有限元软件建立考虑楼板作用的精细三维模型和未考虑楼板作用的简化三维模型,通过非线性动力拆除构件法对两种模型进行了分析,对比两种模型的抗倒塌能力。结果表明：该超长复杂隔震结构仅拆除1根柱时,结构未发生连续倒塌,且角柱对该隔震结构的连续倒塌影响较大|拆除2根柱时,未考虑楼板作用的简化三维模型发生了连续倒塌,而考虑楼板作用的精细三维模型未发生连续倒塌。因此,不考虑楼板作用的简化三维模型计算结果会偏于保守,进行结构抗连续倒塌时需考虑楼板的影响。     

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。     

某活动中心抗连续倒塌评估分析

按我国现行《建筑结构抗倒塌设计规范:CECS392∶2014》[1]拆除构件法的要求,选取某活动中心易遭到撞击、爆炸等偶然事件袭击的1层角柱、周边柱作为敏感构件,对敏感构件拆除失效后的中央锥体钢结构子结构进行抗连续倒塌评估分析,得出如下结论:拆除敏感构件后,剩余结构形成新的传力路径,结构内力发生重分布,弯矩内力图保持连续;中央锥体结构冗余度较高,不会发生连续倒塌;种植屋面恒荷载较大,较多杆件超过钢材屈服应力,易发生连续倒塌。工程中应对重载屋面连续倒塌引起足够重视。     

钢筋混凝土多层框架结构抗连续倒塌分析

在国内外关于结构抗连续性倒塌的研究现状及主要成果基础上,总结了结构抗连续性倒塌设计方法,运用PKPM软件作为计算手段,采用拆除构件法对钢筋混凝土框架结构进行抗连续性倒塌能力研究.     

单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析，综合了不同类型单元在有限元分析中的优点，有利于提高计算精度，合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键。以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用，提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法。以此为基础，完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析。研究结果表明：采用所提出的位移一致原则，连接界面与微观响应区域保持适当距离，可以得到结构计算的最优近似解；多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果，采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量；多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布，寻求网格结构失效的起始位置。此外，由多尺度有限元模型所建立的空心球节点，能较好地模拟结构的实际受力工况。     

RC框架结构抗连续倒塌分析

参考美国规范,运用拆除构件法,基于SAP2000通用有限元软件．对一按照我国现行规范设计的RC框架结构进行抗连续性倒塌分析,分析了移除失效柱后,剩余框架柱柱轴力的变化趋势,对比分析了柱失效位置对结构抗连续性倒塌性能的影响,并研究了层高对结构抗连续性倒塌性能的影响．得出在不考虑地震荷栽作用时：角柱失效对结构影响最大;柱失效后,剩余结构的内力重分配只集中在失效跨内,失效点上方柱基本失去支撑作用;层高对结构抗连续性倒塌性能影响较小,建议结构层高取值在3．6m～4．2m之间。     

海口双子塔-南塔结构抗连续倒塌分析

结构连续倒塌会造成严重生命财产损失,高层建筑在偶然作用发生时应具有适宜的抗连续倒塌能力。采用《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)的拆除构件法和附加侧向偶然作用法计算分析了海口双子塔-南塔结构抗连续倒塌性能,结果表明剩余构件的应力比满足抗连续倒塌要求;动力弹塑性计算方法复核验算结果表明,结构因构件拆除而产生的动力效应并不明显,剩余构件均未出现塑性行为。两种方法均表明海口双子塔-南塔结构具有良好的冗余度和抗连续倒塌能力。     

某混凝土联方网壳结构抗连续倒塌设计

进站的高速铁路列车如果发生脱轨事故,可撞击雨棚柱并导致雨棚结构连续倒塌。考虑该风险,进行郑州南站混凝土联方网壳雨棚结构抗连续倒塌设计。建立结构多尺度有限元模型,采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构动力行为。结果表明,原结构拆除边柱、次边柱和中柱三种工况下,结构发生局部破坏,破坏面积分别为775、2 074、547m²;但破坏没有蔓延,结构没有发生连续倒塌。为提高结构抗倒塌性能,针对拆除柱后剩余结构受力特点,修改原结构设计,修改后拆除边柱、次边柱和中柱工况下,结构的破坏面积分别是775、0、0m²,即拆除次边柱和中柱工况下雨棚结构没有发生局部破坏。     

滨海图书馆整体结构抗连续倒塌分析

滨海图书馆位于天津滨海新区文化中心,为大跨度连体结构,采用组合钢框架-支撑体系。结构第5层和第6层采用贯通两层的54m跨度的钢桁架相连,该桁架下部无支撑,整体结构竖向构件较少,因此竖向构件承受荷载较大,竖向构件失效将对结构产生重要影响,可能发生整体结构连续倒塌。采用SAP2000有限元软件,以非线性动力拆除构件法为基本分析方法,对结构地下1层与地上1层共44根柱子进行拆除,以分析结构的抗连续倒塌性能。结果表明,分别拆除44根柱子均不会引起结构的连续倒塌,滨海图书馆整体结构抗连续倒塌性能良好。     

基础隔震结构连续性倒塌的非线性动力分析

基于备用荷载路径法,以基础隔震结构体系为研究对象,采用非线性动力分析方法分别对底层框架柱和隔震支座意外失效时剩余结构连续倒塌情况进行分析。同时,根据性能化设计评估方法 FEMA356中塑性铰力与位移关系曲线提出了反映受损结构抗倒塌性能的评价指标。研究表明,利用结构性能化指标可以较为准确地评判剩余结构的连续倒塌形态;且隔震支座失效对剩余结构造成的影响弱于底层框架柱失效所造成影响,但两种失效情况所引起剩余结构的响应趋势是一致的。     

空间网架结构的连续倒塌分析

在偶然荷载作用下,结构的局部构件可能发生初始破坏从而导致结构的连续性倒塌。文章基于有限元软件LSDYNA,采用变换荷载路径法对空间网架结构破坏后的倒塌进行了力学分析和仿真,并且分析讨论了结构的关键构件。模拟结果表明增大关键构件的截面及提高材料的失效应变,可显著提高空间网架结构的抗连续倒塌能力,将有可能避免结构倒塌。     

弹簧阻尼支座对体育场钢结构抗连续倒塌的减振分析

阐述了弹簧阻尼支座减振原理,给出了其构造形式,介绍了拆除构件法中采用非线性动力分析方法的计算原理,以第三届亚洲青年运动会体育场钢结构屋盖作为研究对象,对拉杆系统连续失效情况下结构的响应进行分析,研究弹簧阻尼支座对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:体育场钢结构屋盖的抗连续倒塌能力良好,拉杆系统连续失效结构悬挑端最大竖向位移为387 mm,挠度为1/90,不会导致结构整体倒塌; 构件拆除后,结构立即进入运动状态,结构动能、应变能、悬挑端竖向位移、支座腹杆应力均在拆除瞬间陡增,达到峰值后逐步减小,并随时间增加反复振荡,最后趋于稳定,结构重新达到稳定平衡; 采用非线性动力方法计算的悬挑端竖向位移、关键杆件应力略大于静力分析方法,偏于安全; 弹簧阻尼支座能有效减小结构动力响应,提高结构防连续倒塌能力,其减振效果受弹簧和阻尼共同影响; 当结构采用了弹簧阻尼支座等消能部件时,对结构进行抗连续倒塌分析时应采用非线性动力分析方法考虑消能部件的有利影响。     

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法（AP法）对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明：静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。图8表3参15     

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。     

整体张拉式钢索膜结构抗连续倒塌分析

以整体张拉式钢索膜结构为对象,考虑材料非线性与几何非线性,建立了相应的有限元分析模型。通过敏感性分析确定了钢结构系统与索系统的关键构件。采用考虑初始状态的等效瞬时加载法对该钢索膜结构体系进行结构抗连续倒塌能力分析。结果表明:对于索系统,两侧的背索是维持结构整体性能的关键构件;由于存在备用荷载路径,中间部位的索失效后,整体结构变形较小;钢结构系统中由于下部支承结构冗余度较高,无论单根桁架柱、斜撑柱或1对斜撑柱失效后结构响应均变化不大;桁架梁的跨中下弦杆与桅杆失效后会引发结构响应较大变化,可确定其为关键构件;中间榀桁架梁跨中下弦杆与下悬索的失效不会导致结构发生连续倒塌;两侧索结构由于缺乏备用荷载路径,背索与桅杆失效会导致结构局部破坏。     

混凝土结构抗连续倒塌研究综述

连续倒塌是整体结构系统的复杂力学行为,涉及极端荷载的不确定性、结构行为的强动力非线性和承载机制的超大变形特征。为了更好地应用已有抗连续倒塌研究成果,分别对国内外影响较大的混凝土结构抗连续倒塌的试验、数值和理论研究结果进行了梳理。结果表明:已有试验研究主要集中于框架结构和板柱结构,对剪力墙结构、框剪结构等其他类型结构研究明显偏少,主要抗力机制的理论计算模型过于复杂,不利于工程应用,已有数值研究不能准确考虑大变形下钢筋黏结滑移失效、钢筋断裂和混凝土软化、破碎,准确性有待提高; 现有研究基本没有考虑多灾害耦合作用的不利影响,导致研究结论不准确,不利于指导设计; 未来需要进一步研究动力倒塌失效规律、不同类型结构的连续倒塌、整体结构系统连续倒塌规律、灾害相关的连续倒塌机理、面向多灾害防御的抗连续倒塌体系、面向工程的抗连续倒塌设计方法、高效连续倒塌数值分析模型等。     

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。     

工程结构连续倒塌破坏及性能提升技术研究现状

工程结构局部破坏引起整体失效的连续倒塌会造成严重的社会危害,且连续倒塌问题的不确定性使得整个结构的临界状态异常复杂。已有众多学者对工程结构连续倒塌问题展开大量研究,笔者对国内外工程结构连续倒塌性能的试验研究、数值模拟和理论分析成果进行了总结,包括:归纳了不同结构形式如钢筋混凝土框架结构、板柱结构、组合结构和预制装配式结构的连续倒塌机理、影响因素、理论分析等方面的主要研究; 总结了梁柱和梁板结构受力全过程计算模型等倒塌抗力计算模型的理论研究现状,指出了目前计算模型的不足; 总结了采用加固方式提升抗连续倒塌性能的方法,并且从增强抗弯性能、压拱效应、悬链线效应、拉压膜效应以及改变受力体系方面分析不同加固方式对连续倒塌破坏机制的影响。在现有研究的基础上分析了目前研究的不足以及对后续研究方向进行了展望。