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.     

红黏土地基工程的勘察及地基处理

在我国西南地区的工程建造中,红黏土地基工程难以避免。为确保工程质量,基于具体工程,对红黏土地基工程的勘察及地基处理进行了研究,总结了红黏土地基的勘察重点和地基处理要点,以期为红黏土地基工程的实施与研究提供参考。     

软土中的桩基础

本文报导上海及邻近地区桩基础的经验和新的设计概念,包括:①根据静力触探预估单桩承载力的经验规则;②对一座大型桩基础工程量测孔隙水压力、土体位移等的实例;③桩基建筑物长期使用情况的记录;④建议的桩基设计新方法容许较大的沉降量,可使群桩中桩数省去约20％或更多些。     

采用近似法估算钢斜拉桥极限荷载

给出新的估算钢斜拉桥极限荷载的简便方法。采用新的用于迭代特征值计算的收敛准则来考虑斜拉桥系统中的梁-柱效应。采用新方法分别估算中等跨度和大跨度模型的极限荷载,并与非线性非弹性分析方法进行比较。结果显示,新方法能很方便的替代复杂的非线性非弹性分析而近似评估钢斜拉桥的极限荷载和失效模式。     

交通荷载作用下层状地基沉降简化分析方法

基于层状地基的应力和位移场基本解,建立了层状地基表面作用静荷载时的应力和位移的解答,对分析过程中含有O(1/r)和O(1/r2)的奇异积分作了妥善地处理,提高了计算结果的精度。针对交通荷载作用下高速公路软土地基的变形规律,通过拟静力法将车辆动荷载简化为两种特定分布形式的静荷载。计算结果表明:传统的Boussinesq联合分层总和法在均匀地基中能得到比较准确的沉降值,但在层状地基中计算得到的沉降值误差比较大。并以上海标准层状地基为例,针对不同荷载分布假设进行了沉降分析。     

有结构强度的欠压密土的力学特性

根据天然荷重对粘土压密作用的有效性,本文把欠压密土区分为两类,即一般欠压密土和有结构强度的欠压密土。分析了欠压密土形成的地质条件。讨论了颗粒间固化联结键的成因。这类土,由于固化联结键和高孔隙度,其压密特性,孔隙压力的变化和剪切应力-应变关系均与应力水平有密切关系。     

弹塑性土中箱形结构的荷载

文中叙述了在笔者提出的等效层模型和两步分析法基础上,在土为线性硬化介质并遵守Drucker-Prager屈服准则的假定下,对地表受到冲击波压力作用的土中箱形结构的荷载的研究结果。研究中考虑了土中波速、结构埋深、顶部回填土、底部下硬夹层等因素的影响。根据对计算结果的分析,文中对上述因素作出了定性和定量的估计,绘出了关于弹塑性土中箱形结构顶、底板压力的计算公式,提出了冲击波荷载下分析土中箱形结构反应的分析方法和计算曲线图。     

某基坑工程坍塌的应急加固处理

基坑工程事故一旦发生,对工程建设、社会经济、民生安全的不利影响非常大;因此在重视与防范基坑工程事故风险的前提下,非常有必要了解如何及时处理基坑坍塌事故及进行基坑工程加固。本文介绍了某基坑工程坍塌事故时的应急处理与基坑加固方案,实际证明该方案是行之有效的,供工程人员借鉴与参考。     

某城市建筑密集区基坑坍塌事故处理

通过对某基坑施工过程中坍塌实例的原因分析和对后续处理过程的跟踪,提出了城市建筑密集区基坑支护设计和施工中应注意的事项。     

软粘土地基注浆研究

劈裂注浆是一种加固弱透水性地基的有效方法,它通过浆脉网来挤密邻近土体和提高土体强度,从而降低压缩性,提高地基承载力。本文探讨了软粘土地层劈裂注浆的原理、设计方法等。并以实际试验为载体,对其效果进行了检验研究。试验表明只要注浆能在软粘土中形成广泛分布的脉状且具有一定强度的结石体(与注浆压力、注浆流量、注浆孔间距、浆液凝结时间、注浆工艺等有关),并保证一定的注入率,软粘土劈裂注浆也就能取得良好的效果。     

红粘土地区深层搅拌桩的应用分析

随着社会经济的发展,建筑物越来越高,红粘土作为一种在我国南方广泛分布的特殊土,其本身的承载力已经不能满足建筑物的需求。通过工程实例,介绍了红粘土地基采用水泥土搅拌法进行地基处理的设计方法以及水泥搅拌桩施工工艺,并提出水泥搅拌桩施工过程中的质量控制措施,可供类似工程实践及设计参考。     

岩溶地区红黏土地层深基坑支护设计实例

红黏土广泛分布于我国云南、广西、贵州等地区,岩溶地区红黏土地层往往有着许多不良地质作用。通过某基坑支护工程实例分析,介绍了一套深基坑支护设计方案,解决了岩溶地区红黏土层上硬下软,开挖裂隙大,土洞岩溶水难以排放的问题,该方案为岩溶地区红黏土层基坑工程的开挖与设计提供了一定的借鉴作用。     

西安洪庆地铁车站地基湿陷性研究

以西安地铁洪庆站为研究对象,针对现行“湿陷性黄土地区建筑规范”评价方法所得结果误差较大的问题,开展了现场原位试坑浸水试验,表明了该车站位于自重湿陷性黄土场地。通过数值分析方法,模拟车站施工过程,分析了不同埋深条件下车站基底分布实际竖向应力,揭示了地铁车站修建过程中地层内的卸荷特征,建立了不同埋深车站基底及围护结构基底竖向压缩应力分布函数。应用Flamant弹性解,建立了基底黄土实际竖向压缩应力随埋深变化的计算公式。通过结构压缩屈服应力与综合物理特征量的关系、压缩孔隙比与初始孔隙比比值与压缩应力与结构压缩屈服应力比值的关系,建立了计算浸水饱和黄土湿陷系数的“浸水结构破坏湿陷性”评价方法,并与现场试坑浸水试验结果进行比较,验证了评价方法的可靠性。对黄土地区城市轨道交通工程设计中湿陷变形量预测和地基处理深度的合理确定具有一定的参考借鉴意义。     

岩溶塌陷地基灌浆处理的工程实例分析

通过工程实例,分析岩溶土洞和塌陷的形成条件,提出采用高压灌浆处理方案来达到加固效果。     

事故树分析在基坑支护工程施工预防失稳坍塌中的应用

以基坑支护工程的施工工艺流程、技术方法为研究主线,运用事故树分析方法建立风险因素重要性评价和控制模型,对施工过程中工作面失稳坍塌事故发生的原因和机理进行分析,明确导致损失、伤害的各种因素之间的先后次序和逻辑关系,找出可能导致事故发生的基本事件和人为因素的组合。通过将事故树图转化为数学表达式进行函数计算、定量分析和评价比较,得出各基本事件在事故树模型中的结构重要度及对事故发生的影响程度,以及导致事故发生或不发生的最低限度的基本事件的集合,论证了工作面失稳或坍塌的条件。根据数据结论,结合目前施工中经常存在的问题探讨了基坑支护工程施工中的管理控制重点、注意事项和相关对策措施,为提高施工过程安全性提供了科学参考依据,使有关人员能够了解和掌握事故预防要点。     

爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较

运用显式动力有限元分析软件LS-DYNA建立了一个四层两跨钢筋混凝土框架结构的有限元模型,并对其施加爆炸荷载,在爆炸荷载仅引起结构关键柱失效的情况下,研究了不同比例距离爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动力响应及倒塌过程;同时采用美国国防部2009年出台的建筑物抗连续倒塌设计规范UFC 4-023-03中推荐使用的替代传力路径法对相同的四层钢筋混凝土框架结构进行了非线性动力连续倒塌分析。通过比较研究上述数值分析结果,揭示了UFC 4-023-03规范推荐使用的替代传力路径分析方法的不足,进而对考虑爆炸荷载作用的结构抗连续倒塌分析设计方法的改进提出了设想。研究结果表明:通过引入爆炸荷载放大系数来考虑爆炸荷载作用的影响具有更广的适用范围。     

层状粘弹性地基一维固结特性

采用Merchant 流变模型模拟土体的粘弹性,针对层状黏弹性地基一维固结偏微分方程,利用Galerkin加权残值方法推导了该问题有限元矩阵表达式。将求解方法编制成应用程序,通过单层黏弹性地基和双层线弹性一维固结问题解答与解析解答对比,验证了求解方法和程序的有效性。采用程序对三层黏弹地基一维固结问题进行了算例分析,研究了处于不同深度处土层在不同时刻受土体粘滞性影响程度,以及粘弹性参数η 1对土体孔压消散的影响。分析结果表明,黏滞性土体孔压消散慢于线弹性土体,且随着时间的增加和土层距离排水面距离的增加,这种现象更明显,在土层固结度达到80%～90%时两者差异达到最大值。粘弹性参数η 1越大,粘滞性土体与线弹性土体固结度差异越大,且对土体的固结度影响也越提前。     

某机场跑道红粘土地基的处理

贵州铜仁机场改扩建工程是在人工填筑旧机场平台的基础上经削高填低、加宽加长扩建的 ,设计跑道长 2 0 0 0ｍ ,宽 4 5ｍ ,道面由上至下为 30ｃｍ混凝土、2ｃｍ石屑找平层、15ｃｍ水泥稳定层 ,其下为土基 ,设计要求土基深度 4 0ｃｍ内压实系数达到 0 98,跑道位于机场原跑道泥结碎石和土面区 ,为挖方区。旧道面区和土面区的各项技术指标不能满足新机场的设计要求 ,为此设计单位要求在该范围内将道槽开挖到设计土面标高后 ,采用换填碎石碾压法或强夯法施工。在施工前 ,先在挖方区进行单点夯击试验 ,在此基础上采用强夯加碾压法进行地基处理 ,…