建筑物抗连续倒塌研究现状和亟待解决的问题

主要介绍了目前国外对结构进行连续倒塌评估和设计的方法,比较了各国规范相关条文的异同,概述了目前的连续倒塌试验研究方法,提出了结构连续倒塌研究中亟待解决的问题,为进一步研究提供参考。     

防止框架结构连续性倒塌的措施

从控制偶然事件的发生和防止框架结构发生连续倒塌间接设计法的角度,总结和提出了一些防止框架结构发生连续倒塌的建筑和结构措施,着重阐述了加强框架结构的整体性、连续性、延性和冗余度的措施,以此提高框架结构抗连续倒塌的能力。     

国外RC框架抗连续倒塌设计方法的检验与分析

建筑结构在意外事件时的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题。参考美国国防部编制的《结构抗连续倒塌设计》(DoD 2005)提供的设计流程,对按照我国现行规范设计的8层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析,研究了其抗连续倒塌能力。并应用拉结强度法和拆除构件法,对该框架进行了抗连续倒塌设计,建立了将国外规范中的抗连续倒塌设计方法应用于我国框架结构的设计实例,并指出了其中存在的一些问题。     

基于GSA指南的RC框架抗连续倒塌的线性静力分析

结构连续倒塌分析是结构抗连续倒塌能力评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前土木工程界国内外的热点研究领域。结构连续倒塌的分析方法有线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析4种。基于设计效率和实用性,本文采用GSA指南的静力线性分析方法,对按我国规范设计的5层钢筋混凝土结构进行连续倒塌分析,选取不同位置拆除承重构件并计算剩余结构破坏情况的性能指标DCR值,最后,根据DCR值考察其抗连续倒塌能力。     

楼板对结构抗连续倒塌能力的影响

建筑结构在意外事件情况时的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。楼板作为主要的结构构件,对结构的整体性有重要贡献,对结构的抗连续倒塌能力产生较大影响,但现有建筑结构抗连续倒塌研究往往并没有考虑楼板的影响。本文参考美国国防部编制的DoD 2005《结构抗连续倒塌设计》提供的设计流程,对按照我国现行规范设计的8层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析,通过比较带楼板和不带楼板的2栋框架结构倒塌仿真计算结果,研究了楼板对整体结构抗连续倒塌能力的影响,得到了楼板可对框架结构的抗连续倒塌能力有较大提高的结论。     

基于GSA指南的RC框架抗连续倒塌的线性静力分析

结构连续倒塌分析是结构抗连续倒塌能力评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前土木工程界国内外的热点研究领域.结构连续倒塌的分析方法有线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析4种.基于设计效率和实用性,本文采用GSA指南的静力线性分析方法,对按我国规范设计的5层钢筋混凝土结构进行连续倒塌分析,选取不同位置拆除承重构件并计算剩余结构破坏情况的性能指标DCR值,最后,根据DCR值考察其抗连续倒塌能力.     

基于力的抗震设计方法与基于位移的抗震设计方法比较研究

首先用基于力的抗震设计方法对一幢8层钢筋混凝土框架结构房屋进行了抗震设计,然后将建筑结构的性能划分为"使用良好"、"保证人身安全"和"防止倒塌"三个水平,给出了相应的层间位移角限值,分别计算了三个性能水平对应的结构基底剪力和顶点位移,以及"使用良好"和"防止倒塌"两种性能水平时的构件截面配筋。用静力非线性分析方法对计算结果进行了验证性分析。最后对两种设计方法及计算结果进行了比较分析。分析结果表明,按"使用良好"性能水平设计的构件截面配筋量与基于力的方法所得结果比较接近。     

基于子结构的钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估方法

目前常用于建筑结构抗连续倒塌性能评估的替代传力路径法由于需要建立复杂的结构整体模型,计算效率低。基于此,将子结构法与替代传力路径法相结合,建立钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估方法。首先给出钢框架结构容许倒塌范围,并据此建立子结构的选取原则;基于固定界面模态综合法,提出子结构边界条件的模拟方法;最后给出钢框架结构连续倒塌判定准则,在子结构抗连续倒塌性能分析的基础上,建立整体结构抗连续倒塌性能评估方法。以2个5层钢框架结构为例,分别采用替代传力路径法与所提出方法对其进行抗连续倒塌性能分析。结果表明:所提出的方法计算结果可靠,且能显著提高计算效率,可实现对整体结构抗连续倒塌性能的快速评估。     

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     

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.     

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。     

偶然荷载结构抗连续倒塌的设计方法

对于结构抗连续倒塌的设计研究,国外的设计规范中相继作了相关的抗倒塌要求规定,但是这些规范给出的只是概念性的要求,没有可操作可实施的设计方法,国内的设计规范此方面的研究还是空白。因此目前结构设计难以实现抗连续倒塌的性能设计。本文采用静力非线性有限元倒塌分析法,进行连续倒塌计算分析,提出与中国设计规范背景相适宜的、具有可操作性的抗连续倒塌设计方法。     

Improving the structural robustness of multi-story steel-frame buildings

Although there are numerous hazards that could trigger the progressive collapse of a building, there are limited provisions in related codes regarding the design of structures to withstand exposure to such threats. It is thus expedient to limit the extent of damage to prevent the initiation of progressive collapse. This could be done by usage of the alternate path method, whereby the structure is made to withstand the loss of one or more critical load-bearing elements and prevent disproportionate collapse. In our study, we investigated the resistance of seismically designed steel-frame buildings to progressive collapse, focusing on the contributions of the floor system and beam-to-column connections. The applied element method was used to predict the structural response by nonlinear static and dynamic analyses, with the purpose of determining some robustness criteria, using as reference the ratio of the failure load to the nominal gravity load.     

Influence of seismicity level and height of the building on progressive collapse resistance of steel frames

Influences of building height and seismicity level on progressive collapse resistance of buildings are investigated in this paper. For the height, 4‐story, 8‐story and 12‐story steel special moment resisting frames are focused. The obtained results indicate that taller buildings are safer against progressive collapse. To study the influence of seismicity level, different four‐story structures having special moment resisting frame systems are designed for different levels of seismicity, namely, very high, high, moderate and low. The structures are evaluated, using nonlinear dynamic method and two main scenarios of the codes, including sudden removal of a corner and a middle column in the first floor. Some graphs are presented for progressive collapse resistance of the structures, depending on their seismic base shears. It is shown that the structures designed for greater seismic base shears are more resistant against progressive collapse. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Building Design for Abnormal Loads and Progressive Collapse

Abstract:   A progressive collapse is a structural failure that is initiated by localized structural damage and subsequently develops, as a chain reaction, into a failure that involves a major portion of the structural system. The collapse of the Ronan Point Tower in Canning Town, London, United Kingdom in May, 1968 prompted numerous efforts to develop structural design criteria for progressive collapse resistance. A series of papers and reports appeared in the decade following the Ronan Point collapse, and attempts were made to implement provisions addressing progressive collapse and enhancing general structural integrity in codes and standards. Improved building practices and design procedures to control the likelihood of progressive collapse now are receiving heightened interest by engineers, architects, and standards organizations in the aftermath of the tragedy of September 11, 2001. Advances in the science underlying structural design and the development of structural reliability and risk analysis tools now permit design strategies that would have been considered infeasible 30 years ago. This article provides a critical appraisal of key research products that provide a basis for designing a structural system to withstand local damage without the development of a general structural collapse, and identifies strategies that currently are feasible to implement in the General Design Requirements in ASCE Standard 7, minimum design loads for buildings, and other structures. The article concludes with a discussion of research challenges to further enhancement of design practices, with particular emphasis on needed support for structural engineering analysis and design from advanced computation and information technologies.     

基于性能设计方法在超限高层抗连续倒塌设计应用

我国抗震设计规范提出"小震不坏、中震可修、大震不倒"的设防目标,其中,"中震可修、大震不倒"的第二、第三水准设防目标,主要是采用经验调整系数及构造加强措施来实现,缺乏定量的计算分析。本文应用基于性能抗震设计的方法,采用静力非线性有限元倒塌计算原理,分析框架结构在大震作用下的破坏机理,对结构"大震不倒"进行定量分析,确保结构实现抗倒塌的设计目标。并结合一个超限高层实例,验证倒塌计算结果与振动台实验结果的相符性。     

基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法

我国现行建筑结构抗震设计规范,通过小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施来达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标,而对不满足规范要求的超限工程没有明确的设计方法。采用基于性能的结构抗震思想,参考被国外广泛应用的抗震设计规范,结合我国抗震规范体系的特点,提出一套符合我国规范的基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法。对不同水准地震作用下结构构件的受力和变形采用弹性和弹塑性方法进行结构分析,从结构和构件两个层次对承载力和变形进行定量控制。     

Sensitivity analysis of steel buildings subjected to column loss

In this study, the sensitivity of design parameters of steel buildings subjected to progressive collapse is studied. To this end, design parameters such as yield strengths of beams, columns, and braces, live load, elastic modulus, and damping ratio were considered as random variables. The Monte Carlo simulation, the Tornado Diagram analysis, and the First-Order Second Moment method were applied to deal with the uncertainties involved in the design parameters. The analysis results showed that among the design variables beam yield strength was ultimately the most important design parameter in the moment-resisting frame buildings while the column yield strength was the most important design parameter in the dual system building. Sensitivity of the vertical displacement to uncertain member strength showed that progressive collapse mechanisms of the moment-resisting frame buildings and the dual system building completely differed due to different patterns of the vertical load redistribution.